Published August 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
On-Chip Cascaded Bandpass Filter and Wavelength Router Using an Intelligent Algorithm
- 1. Beijing Institute of Technology
- 2. Minzu University of China
- 3. Beijing Academy of Quantum Information Sciences
- 4. Collaborative Innovation Center of Quantum Matter
- 5. Peking University
- 6. Shandong Normal University
Description
Cascaded nanophotonic devices play a vital role in all-optical connection, all-optical computation and all-optical network. However, there is almost no effective method for the direct design of on-chip cascaded nanophotonic devices, since current study of nanophotonic devices mostly focuses on single device. Here, on-chip cascaded nanophotonic devices are designed based on an intelligent algorithm by combining genetic algorithm, simulated annealing algorithm and finite element method for the first time, and verified experimentally by using silicon-based planar structures. The cascaded devices consist of a bandpass filter and a wavelength router operating in optical communication range. The operation bandwidth of the bandpass filter is 408 nm with transmission more than 80%, within which the communication wavelengths of 1,300 nm and 1,550 nm are routed into different output ports through the wavelength router component. The footprint is only 3.62 μm 2 for the bandpass filter and only 2.56 μm 2 for the wavelength router, which are easy for integration with planar structures and ultrasmall size. This work provides a highly-efficient scheme for the realization of on-chip cascaded nanophotonic devices on the same chip, and lays a foundation for the realization of photonic chip based on intelligent algorithm.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تلعب الأجهزة الضوئية النانوية المتتالية دورًا حيويًا في الاتصال البصري بالكامل والحساب البصري بالكامل والشبكة البصرية بالكامل. ومع ذلك، لا توجد طريقة فعالة تقريبًا للتصميم المباشر للأجهزة الضوئية النانوية المتتالية على الرقاقة، نظرًا لأن الدراسة الحالية للأجهزة الضوئية النانوية تركز في الغالب على جهاز واحد. هنا، تم تصميم الأجهزة الضوئية النانوية المتتالية على الرقاقة بناءً على خوارزمية ذكية من خلال الجمع بين الخوارزمية الجينية، وخوارزمية التلدين المحاكاة وطريقة العناصر المحدودة لأول مرة، والتحقق منها تجريبيًا باستخدام هياكل مستوية قائمة على السيليكون. تتكون الأجهزة المتتالية من مرشح تمرير النطاق وجهاز توجيه الطول الموجي الذي يعمل في نطاق الاتصال البصري. يبلغ عرض النطاق الترددي لمرشح ممر النطاق الترددي 408 نانومتر مع إرسال أكثر من 80 ٪، حيث يتم توجيه أطوال موجات الاتصال البالغة 1300 نانومتر و 1550 نانومتر إلى منافذ إخراج مختلفة من خلال مكون جهاز توجيه الطول الموجي. تبلغ البصمة 3.62 ميكرومتر 2 فقط لمرشح التمرير النطاقي و 2.56 ميكرومتر 2 فقط لجهاز التوجيه بالطول الموجي، والتي يسهل دمجها مع الهياكل المستوية والحجم الصغير جدًا. يوفر هذا العمل مخططًا عالي الكفاءة لتحقيق الأجهزة النانوية المتتالية على الرقاقة على نفس الرقاقة، ويضع أساسًا لتحقيق الرقاقة الضوئية بناءً على خوارزمية ذكية.Translated Description (French)
Les dispositifs nanophotoniques en cascade jouent un rôle essentiel dans la connexion tout optique, le calcul tout optique et le réseau tout optique. Cependant, il n'existe presque aucune méthode efficace pour la conception directe de dispositifs nanophotoniques en cascade sur puce, car l'étude actuelle des dispositifs nanophotoniques se concentre principalement sur un seul dispositif. Ici, les dispositifs nanophotoniques en cascade sur puce sont conçus sur la base d'un algorithme intelligent en combinant pour la première fois un algorithme génétique, un algorithme de recuit simulé et une méthode par éléments finis, et vérifiés expérimentalement en utilisant des structures planes à base de silicium. Les dispositifs en cascade se composent d'un filtre passe-bande et d'un routeur de longueur d'onde fonctionnant dans une plage de communication optique. La bande passante de fonctionnement du filtre passe-bande est de 408 nm avec une transmission supérieure à 80 %, à l'intérieur de laquelle les longueurs d'onde de communication de 1 300 nm et 1 550 nm sont acheminées vers différents ports de sortie à travers le composant routeur de longueur d'onde. L'encombrement est de seulement 3,62 μm 2 pour le filtre passe-bande et de seulement 2,56 μm 2 pour le routeur de longueur d'onde, qui sont faciles à intégrer avec des structures planes et de petite taille. Ce travail fournit un schéma très efficace pour la réalisation de dispositifs nanophotoniques en cascade sur puce sur la même puce, et jette les bases de la réalisation d'une puce photonique basée sur un algorithme intelligent.Translated Description (Spanish)
Los dispositivos nanofotónicos en cascada desempeñan un papel vital en la conexión totalmente óptica, la computación totalmente óptica y la red totalmente óptica. Sin embargo, casi no existe un método efectivo para el diseño directo de dispositivos nanofotónicos en cascada en chip, ya que el estudio actual de los dispositivos nanofotónicos se centra principalmente en un solo dispositivo. Aquí, los dispositivos nanofotónicos en cascada en chip se diseñan en base a un algoritmo inteligente mediante la combinación de un algoritmo genético, un algoritmo de recocido simulado y un método de elementos finitos por primera vez, y se verifican experimentalmente mediante el uso de estructuras planas basadas en silicio. Los dispositivos en cascada consisten en un filtro de paso de banda y un router de longitud de onda que funciona en el rango de comunicación óptica. El ancho de banda de operación del filtro de paso de banda es de 408 nm con transmisión de más del 80%, dentro del cual las longitudes de onda de comunicación de 1300 nm y 1550 nm se enrutan a diferentes puertos de salida a través del componente del enrutador de longitud de onda. La huella es de solo 3,62 μm 2 para el filtro de paso de banda y de solo 2,56 μm 2 para el router de longitud de onda, que son fáciles de integrar con estructuras planas y de tamaño ultrapequeño. Este trabajo proporciona un esquema altamente eficiente para la realización de dispositivos nanofotónicos en cascada en chip en el mismo chip, y sienta las bases para la realización de un chip fotónico basado en un algoritmo inteligente.Files
09497748.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:993c93701b96536d459d653c88bf05d5
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مرشح تمرير النطاق الترددي المتتالي على الرقاقة وموجه الطول الموجي باستخدام خوارزمية ذكية
- Translated title (French)
- Filtre passe-bande en cascade sur puce et routeur de longueur d'onde utilisant un algorithme intelligent
- Translated title (Spanish)
- Filtro de paso de banda en cascada en chip y router de longitud de onda utilizando un algoritmo inteligente
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3185184820
- DOI
- 10.1109/jphot.2021.3100357
References
- https://openalex.org/W1483290839
- https://openalex.org/W1514675880
- https://openalex.org/W1632452224
- https://openalex.org/W1969993588
- https://openalex.org/W1970947221
- https://openalex.org/W1998123445
- https://openalex.org/W2007355403
- https://openalex.org/W2016450267
- https://openalex.org/W2047094503
- https://openalex.org/W2056760934
- https://openalex.org/W2058447453
- https://openalex.org/W2078883530
- https://openalex.org/W2080376804
- https://openalex.org/W2082002020
- https://openalex.org/W2085586008
- https://openalex.org/W2088978850
- https://openalex.org/W2091613865
- https://openalex.org/W2099585388
- https://openalex.org/W2169216002
- https://openalex.org/W2220870060
- https://openalex.org/W2229415435
- https://openalex.org/W2411688881
- https://openalex.org/W2495687030
- https://openalex.org/W2556340576
- https://openalex.org/W2610434393
- https://openalex.org/W2621102750
- https://openalex.org/W2888315066
- https://openalex.org/W2889354965
- https://openalex.org/W2948458143
- https://openalex.org/W2951238967
- https://openalex.org/W2951599901
- https://openalex.org/W2953953633
- https://openalex.org/W2979538362
- https://openalex.org/W3007502726
- https://openalex.org/W3155241747