Blueprint for Large-Scale Silicon Optical Phased Array Using Electro-Optical Micro-Ring Pixels
Description
Abstract We propose a modularized architecture of a large-scale optical phased array (OPA) on a silicon on insulator (SOI) platform, using electro-optical (EO) pixels. Each pixel contains a directional coupler, a micro-ring phase shifter, and a grating optical antenna, on a compact configuration of area 50 μ m × 50 μ m, with optical and electrical interconnections. Moreover, we present an exemplary blueprint of an OPA consisting of 32 × 32 EO pixels, which sets the width of the main lobe as 0.04° × 0.04° and the field of view as 1.78°. By applying an over-coupled condition, the modulation efficiency and the accompanying intensity modulation are balanced, thus, the OPA performance is not severely degraded. The discussion on the fabrication tolerance shows that the proposed architecture is robust and feasible regarding the state-of-the-art fabrication process, and the performance of the main lobe width and field of view can be further optimized by a larger system size and smaller pixel size. Furthermore, the complexity of interconnections linearly depends on the number of rows and columns, making it highly scalable.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
نبذة مختصرة نقترح بنية نمطية لمصفوفة مرحلية بصرية واسعة النطاق (OPA) على منصة سيليكون على عازل (SOI)، باستخدام وحدات البكسل الكهروضوئية (EO). يحتوي كل بكسل على قارنة اتجاهية، ومحول طور حلقي دقيق، وهوائي بصري شبكي، على تكوين مضغوط بمساحة 50 ميكرومتر × 50 ميكرومتر، مع وصلات بصرية وكهربائية. علاوة على ذلك، نقدم مخططًا نموذجيًا لـ OPA يتكون من 32 × 32 بكسل EO، والذي يحدد عرض الفص الرئيسي على أنه 0.04درجة × 0.04درجة ومجال الرؤية على أنه 1.78درجة. من خلال تطبيق حالة الاقتران المفرط، يتم موازنة كفاءة التضمين وتعديل الكثافة المصاحبة، وبالتالي، لا يتدهور أداء OPA بشدة. تُظهر المناقشة حول تفاوت التصنيع أن البنية المقترحة قوية وممكنة فيما يتعلق بعملية التصنيع الحديثة، ويمكن تحسين أداء عرض الفص الرئيسي ومجال الرؤية من خلال حجم نظام أكبر وحجم بكسل أصغر. علاوة على ذلك، يعتمد تعقيد الترابط خطيًا على عدد الصفوف والأعمدة، مما يجعله قابلاً للتطوير بدرجة كبيرة.Translated Description (French)
Résumé Nous proposons une architecture modularisée d'un réseau à commande de phase optique (OPA) à grande échelle sur une plate-forme silicium sur isolant (soi), en utilisant des pixels électro-optiques (EO). Chaque pixel contient un coupleur directionnel, un déphaseur micro-anneau et une antenne optique à réseau, sur une configuration compacte de zone 50 μ m × 50 μ m, avec des interconnexions optiques et électriques. De plus, nous présentons un exemple de plan d'un OPA composé de 32 × 32 pixels EO, qui définit la largeur du lobe principal à 0,04° × 0,04° et le champ de vision à 1,78°. En appliquant une condition sur-couplée, l'efficacité de la modulation et la modulation d'intensité qui l'accompagne sont équilibrées, de sorte que les performances de l'OPA ne sont pas gravement dégradées. La discussion sur la tolérance de fabrication montre que l'architecture proposée est robuste et réalisable en ce qui concerne le processus de fabrication de pointe, et la performance de la largeur du lobe principal et du champ de vision peut être optimisée davantage par une taille de système plus grande et une taille de pixel plus petite. En outre, la complexité des interconnexions dépend linéairement du nombre de lignes et de colonnes, ce qui le rend hautement évolutif.Translated Description (Spanish)
Resumen Proponemos una arquitectura modularizada de una matriz en fase óptica (OPA) a gran escala sobre una plataforma de silicio sobre aislante (Soi), utilizando píxeles electroópticos (EO). Cada píxel contiene un acoplador direccional, un desfasador de microanillo y una antena óptica de rejilla, en una configuración compacta de área de 50 μ m × 50 μ m, con interconexiones ópticas y eléctricas. Además, presentamos un plano ejemplar de un OPA que consta de 32 × 32 píxeles EO, que establece el ancho del lóbulo principal en 0.04° × 0.04° y el campo de visión en 1.78°. Al aplicar una condición de sobreacoplamiento, la eficiencia de modulación y la modulación de intensidad que la acompaña se equilibran, por lo tanto, el rendimiento de OPA no se degrada gravemente. La discusión sobre la tolerancia de fabricación muestra que la arquitectura propuesta es robusta y factible con respecto al proceso de fabricación de última generación, y el rendimiento del ancho del lóbulo principal y el campo de visión se puede optimizar aún más mediante un tamaño de sistema más grande y un tamaño de píxel más pequeño. Además, la complejidad de las interconexiones depende linealmente del número de filas y columnas, por lo que es altamente escalable.Files
s41598-017-18040-3.pdf.pdf
Files
(3.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8382197316e24cd9bf924a20ea0e9e1c
|
3.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مخطط لمصفوفة مرحلية بصرية كبيرة الحجم من السيليكون باستخدام وحدات بكسل الحلقة الدقيقة الكهروضوئية
- Translated title (French)
- Schéma directeur pour une matrice optique à commande de phase en silicium à grande échelle utilisant des pixels micro-anneaux électro-optiques
- Translated title (Spanish)
- Plano para matriz en fase óptica de silicio a gran escala utilizando píxeles de microanillos electroópticos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2774091970
- DOI
- 10.1038/s41598-017-18040-3
References
- https://openalex.org/W1935909145
- https://openalex.org/W1973062426
- https://openalex.org/W1976238733
- https://openalex.org/W1979427218
- https://openalex.org/W1982642188
- https://openalex.org/W1987691577
- https://openalex.org/W1992185343
- https://openalex.org/W2010785510
- https://openalex.org/W2019883289
- https://openalex.org/W2021179524
- https://openalex.org/W2029093529
- https://openalex.org/W2041992932
- https://openalex.org/W2046893519
- https://openalex.org/W2050425123
- https://openalex.org/W2051586424
- https://openalex.org/W2056325290
- https://openalex.org/W2061887577
- https://openalex.org/W2062294208
- https://openalex.org/W2064009517
- https://openalex.org/W2064722147
- https://openalex.org/W2066411595
- https://openalex.org/W2067210918
- https://openalex.org/W2080863751
- https://openalex.org/W2083073257
- https://openalex.org/W2086156039
- https://openalex.org/W2090865502
- https://openalex.org/W2091382331
- https://openalex.org/W2094633383
- https://openalex.org/W2105218952
- https://openalex.org/W2112032527
- https://openalex.org/W2114910729
- https://openalex.org/W2120690310
- https://openalex.org/W2121591155
- https://openalex.org/W2123981142
- https://openalex.org/W2124052522
- https://openalex.org/W2127282927
- https://openalex.org/W2137671277
- https://openalex.org/W2137894617
- https://openalex.org/W2138547616
- https://openalex.org/W2140348302
- https://openalex.org/W2158985469
- https://openalex.org/W2172026123
- https://openalex.org/W2188008344
- https://openalex.org/W2290490501
- https://openalex.org/W2323610082
- https://openalex.org/W2513203174
- https://openalex.org/W2568410404
- https://openalex.org/W2575526897
- https://openalex.org/W4251196115