Published November 19, 2019 | Version v1
Publication Open

Implementation of on-chip multi-channel focusing wavelength demultiplexer with regularized digital metamaterials

  • 1. National University of Defense Technology
  • 2. Peking University
  • 3. Institute of Optics and Electronics
  • 4. Chinese Academy of Sciences
  • 5. Southwest University

Description

Abstract Adiabatic waveguide taper and on-chip wavelength demultiplexer are the key components of photonic integrated circuits. However, these two kinds of devices which were designed by the traditional semi-analytic methods or the brute-force search methods usually have large size. Here, based on the regularized digital metamaterials, a two-channel focused wavelength demultiplexer with a footprint of 2.4 × 10 μm 2 has been proposed. The designed demultiplexer can directly connect to a grating coupler under the absence of a long adiabatic waveguide taper. The objective first method and the modified steepest descent method are used to design the demultiplexer which splits 1520 nm and 1580 nm light. Experimental results show that the insertion loss of the upper (lower) channel of the demultiplexer is −1.77 dB (−2.10 dB) and the crosstalk is −25.17 dB (−12.14 dB). Besides, the simulation results indicate that the fabrication tolerance of the device can reach ±20 nm in etching depth and ±10 nm in plane size changing. Benefitted from the extensibility of the design method, other types of ultra-compact "focused" devices, like mode splitters, mode converters, and power splitters can also be designed. Most importantly, this design method can be used to design devices with more complicated functionalities, such as multi-channel focused wavelength demultiplexers.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

المستخلص دليل الموجة الأديباتية المستدق ومزيل الإرسال المتعدد للطول الموجي على الرقاقة هي المكونات الرئيسية للدوائر المتكاملة الضوئية. ومع ذلك، فإن هذين النوعين من الأجهزة التي تم تصميمها بالطرق شبه التحليلية التقليدية أو طرق البحث بالقوة الغاشمة عادة ما يكون لهما حجم كبير. هنا، بناءً على المواد الرقمية المنتظمة، تم اقتراح جهاز إزالة الإرسال المتعدد للطول الموجي ثنائي القناة مع بصمة 2.4 × 10 ميكرومتر 2. يمكن لجهاز فك الإرسال المتعدد المصمم الاتصال مباشرة بقارنة شبكية في حالة عدم وجود دليل موجي ثابت الحرارة طويل. يتم استخدام الطريقة الموضوعية الأولى وطريقة الهبوط الأكثر انحدارًا المعدلة لتصميم جهاز فك الإرسال المتعدد الذي يقسم ضوء 1520 نانومتر و 1580 نانومتر. تظهر النتائج التجريبية أن فقدان الإدخال للقناة العلوية (السفلية) لجهاز فك الإرسال المتعدد هو -1.77 ديسيبل (-2.10 ديسيبل) وأن النقطة المشتركة هي -25.17 ديسيبل (-12.14 ديسيبل). إلى جانب ذلك، تشير نتائج المحاكاة إلى أن تفاوت التصنيع للجهاز يمكن أن يصل إلى ±20 نانومتر في عمق الحفر و ±10 نانومتر في تغيير حجم الطائرة. يمكن أيضًا تصميم أنواع أخرى من الأجهزة "المركزة" المدمجة للغاية، مثل مقسمات الأوضاع ومحولات الأوضاع ومقسمات الطاقة، وذلك بالاستفادة من قابلية توسيع طريقة التصميم. والأهم من ذلك، يمكن استخدام طريقة التصميم هذه لتصميم أجهزة ذات وظائف أكثر تعقيدًا، مثل أجهزة إزالة الإرسال المتعدد الأطوال الموجية المركزة متعددة القنوات.

Translated Description (French)

Le cône de guide d'onde adiabatique abstrait et le démultiplexeur de longueur d'onde sur puce sont les composants clés des circuits intégrés photoniques. Cependant, ces deux types de dispositifs qui ont été conçus par les méthodes semi-analytiques traditionnelles ou les méthodes de recherche par force brute ont généralement une grande taille. Ici, sur la base des métamatériaux numériques régularisés, un démultiplexeur de longueur d'onde focalisé à deux canaux avec une empreinte de 2,4 × 10 μm 2 a été proposé. Le démultiplexeur conçu peut se connecter directement à un coupleur de réseau en l'absence d'une longue conicité de guide d'ondes adiabatique. La première méthode objective et la méthode de descente la plus raide modifiée sont utilisées pour concevoir le démultiplexeur qui divise la lumière de 1520 nm et de 1580 nm. Les résultats expérimentaux montrent que la perte d'insertion du canal supérieur (inférieur) du démultiplexeur est de −1,77 dB (−2,10 dB) et que la diaphonie est de −25,17 dB (−12,14 dB). En outre, les résultats de simulation indiquent que la tolérance de fabrication du dispositif peut atteindre ±20 nm en profondeur de gravure et ±10 nm en changement de taille de plan. Bénéficiant de l'extensibilité de la méthode de conception, d'autres types de dispositifs ultra-compacts « focalisés », tels que les répartiteurs de mode, les convertisseurs de mode et les répartiteurs de puissance, peuvent également être conçus. Plus important encore, ce procédé de conception peut être utilisé pour concevoir des dispositifs avec des fonctionnalités plus compliquées, telles que des démultiplexeurs de longueur d'onde focalisés multicanaux.

Translated Description (Spanish)

El cono de la guía de ondas adiabática abstracta y el demultiplexor de longitud de onda en chip son los componentes clave de los circuitos integrados fotónicos. Sin embargo, estos dos tipos de dispositivos que fueron diseñados por los métodos semi-analíticos tradicionales o los métodos de búsqueda de fuerza bruta suelen tener un gran tamaño. Aquí, en base a los metamateriales digitales regularizados, se ha propuesto un demultiplexor de longitud de onda enfocada de dos canales con una huella de 2.4 × 10 μm 2. El desmultiplexor diseñado puede conectarse directamente a un acoplador de rejilla en ausencia de un cono de guía de ondas adiabático largo. El primer método objetivo y el método de descenso más pronunciado modificado se utilizan para diseñar el demultiplexor que divide la luz de 1520 nm y 1580 nm. Los resultados experimentales muestran que la pérdida de inserción del canal superior (inferior) del demultiplexor es de -1,77 dB (-2,10 dB) y la diafonía es de -25,17 dB (-12,14 dB). Además, los resultados de la simulación indican que la tolerancia de fabricación del dispositivo puede alcanzar ±20 nm en profundidad de grabado y ±10 nm en cambio de tamaño de plano. Beneficiándose de la extensibilidad del método de diseño, también se pueden diseñar otros tipos de dispositivos "enfocados" ultracompactos, como divisores de modo, convertidores de modo y divisores de potencia. Lo más importante es que este método de diseño se puede utilizar para diseñar dispositivos con funcionalidades más complicadas, como los demultiplexores de longitud de onda enfocados multicanal.

Files

pdf.pdf

Files (924.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8f1a88c59b583199914dd9a09d4a94c5
924.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تنفيذ جهاز فك تعدد الإرسال متعدد القنوات للتركيز على الطول الموجي على الرقاقة مع المواد الرقمية المنتظمة
Translated title (French)
Mise en œuvre d'un démultiplexeur de longueur d'onde de focalisation multicanal sur puce avec métamatériaux numériques régularisés
Translated title (Spanish)
Implementación de demultiplexor de longitud de onda de enfoque multicanal en chip con metamateriales digitales regularizados

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2990639814
DOI
10.1515/nanoph-2019-0368

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1483290839
  • https://openalex.org/W1929077562
  • https://openalex.org/W2009741032
  • https://openalex.org/W2035520874
  • https://openalex.org/W2062294208
  • https://openalex.org/W2077657009
  • https://openalex.org/W2101506489
  • https://openalex.org/W2126119526
  • https://openalex.org/W2134437967
  • https://openalex.org/W2235488713
  • https://openalex.org/W2335004802
  • https://openalex.org/W2487059652
  • https://openalex.org/W2495687030
  • https://openalex.org/W2556049615
  • https://openalex.org/W2610434393
  • https://openalex.org/W2744410379
  • https://openalex.org/W2760981430
  • https://openalex.org/W2787716704
  • https://openalex.org/W2798847468
  • https://openalex.org/W2800921280
  • https://openalex.org/W2803281408
  • https://openalex.org/W2803452108
  • https://openalex.org/W2805134021
  • https://openalex.org/W2806536390
  • https://openalex.org/W2821227219
  • https://openalex.org/W2889354965
  • https://openalex.org/W2904125267
  • https://openalex.org/W2914274640
  • https://openalex.org/W2914973752
  • https://openalex.org/W2937088522
  • https://openalex.org/W2951599901
  • https://openalex.org/W2963495822
  • https://openalex.org/W3004771512
  • https://openalex.org/W3007057587
  • https://openalex.org/W305632992
  • https://openalex.org/W3100539880
  • https://openalex.org/W3101350886
  • https://openalex.org/W3101833817
  • https://openalex.org/W3103346293
  • https://openalex.org/W3104087546
  • https://openalex.org/W3104370254