Wayar kristal fotonik gandingan rongga berganda satu dimensi

Abstract

Kristal Fotonik (PhC) telah banyak dikaji untuk pelbagai kegunaan di dalam platform fotonik. Kemampuan mengatur cahaya pada skala yang sangat kecil - sehingga mencapai ukuran terkecil nano, PhC dengan kekuatan cermin yang bagus dilihat sebagai antara penyelesaian terbaik untuk jejak komponen yang kecil di dalam telekomunikasi optik dan juga boleh mengatasi batasan Moore dalam bidang elektronik. Kebanyakan kajian memfokuskan kepada peranti penjanaan panjang gelombang tunggal dan hanya beberapa percubaan dilakukan untuk peranti penjanaan panjang gelombang pelbagai kerana kesukaran dalam mengawal prestasi peranti yang menyebabkan saiz peranti yang terhasil menjadi sangat besar. Projek ini memfokuskan pada kajian, pemodelan dan fabrikasi PhC satu dimensi (1D)-PhC menggunakan silikon-atas-penebat (SOI) di mana ia dapat memberikan penyelesaian untuk menghasilkan peranti penjanaan panjang gelombang pelbagai yang kecil. Silikon berketebalan 220 hingga 260 nm digunakan untuk mod kurungan cahaya elektrik melintang (TE) di dalam wayar silikon 1-D. Variasi susunan 1D-PhC dipilih mengikut bilangan lubang, diameter lubang, keberkalaan, bilangan dan panjang rongga. Projek ini menggunakan wayar 1D-PhC dengan nisbah dimensi menghampiri 1 (tinggi): 2 (lebar) Beberapa teknik reka bentuk seperti kaedah berketentuan dan teknik padanan mod tirus telah dikaji dan projek ini memilih teknik padanan mod tirus untuk peranti yang lebih padat dan kecil tanpa mengurangkan prestasi peranti. Untuk reka bentuk rongga tunggal yang asas, kekuatan cermin PhC dapat dikendalikan dengan mudah melalui variasi bilangan dan dimensi lubang tetapi ini tidak sama untuk gandingan rongga berganda. Kekuatan cermin dapat dikawal melalui padanan mod tirus novel walaupun hanya dengan bilangan cermin lubang yang sedikit dan ini bertentangan dengan kaedah berketentuan di mana jumlah lubang yang banyak diperlukan untuk penghasilan cermin yang kuat. Teknik analisis berangka seperti perbezaan terhingga domain masa (FDTD) digunakan untuk model struktur peranti sebelum peranti difabrikasi. Reka bentuk lain juga disimulasikan dan dikaji untuk pembangunan projek masa depan. Litografi alur elektron dengan rintang bertona negatif hidrogen silsesquioxane (HSQ) digunakan untuk proses pencorakan topeng dan punaran kimia, plasma gandingan teraruh-punaran reaktif ion (ICP-RIE) digunakan untuk proses punaran. ICP-RIE dengan proses Bosch menggunakan gas SF6 dan C4F8 digunakan untuk dinding wayar yang licin dan bersudut tegak. Peranti ini dicirikan dengan menggunakan pancaran laser inframerah-dekat boleh laras dari 1500 nm sehingga 1630 nm. Teknik gandingan hujung digunakan untuk mengukur prestasi peranti. Dengan jejari 90 nm pada cermin dan sebahagian cermin ditiruskan jejari pada bahagian dalam cermin dan tiga rongga simetri berkepanjangan 400 nm setiap satunya, tiga panjang gelombang merangkumi jalur C dan L iaitu 1534.34, 1552.77 dan 1591.19 nm dengan purata nilai penghantaran sebanyak 50 peratus berjaya dijana. Penghantaran yang tinggi menunjukkan kehilangan cahaya yang rendah mempunyai potensi di dalam telekomunikasi moden. Prestasi panjang gelombang yang lain seperti kualiti (Q)-faktor dan julat spektrum bebas (FSR) juga dikaji untuk kegunaan yang sesuai dalam prospek telekomunikasi. Nilai faktor Q untuk ketiga-tiga panjang gelombang yang dihasilkan ialah 852.40, 775.48 dan 775.73 masing-masing dengan FSR yang tidak simetri untuk panjang gelombang pertama ke kedua sepanjang 18.43 nm dan kedua hingga ketiga sepanjang 38.42 nm masing-masing.