Design of polarization-insensitive components using geometrical and stress-induced birefringence in SOI waveguides
Notice bibliographique
Résumé
We review the use of the oxide cladding stress induced photoelastic effect to eliminate the modal birefringence in silicon-on-insulator (SOI) ridge waveguide components, and highlight characteristics particular to high index contrast (HIC) systems. The birefringence in planar waveguides has its origin in the electromagnetic boundary conditions at the waveguide boundaries, and can be further modified by the presence of stress in the materials. It is shown that geometrical constraints imposed by different design and fabrication considerations become increasingly difficult to satisfy with decreasing core sizes. On the other hand, with typical stress levels of -100 MPa to -400 MPa (compressive) in SiO2 used as the upper cladding, the effective indices are altered up to the order of 10-3 for ridges with heights ranging from 1 μm to 5 μm. We demonstrate that the stress can be effectively used to balance the geometrical birefringence. Birefringence-free operation is achieved for waveguides with otherwise large birefringence by using properly chosen thickness and stress of the upper cladding layer. This allows the waveguide cross-section profiles to be optimized for design criteria other than zero-birefringence. Since the index changes induced by the stress are orders of magnitude smaller than the waveguide core/cladding index contrast, changes in the mode profiles are insignificant and the associated mode mismatch loss is negligible. We study the stress-induced effects in two parallel waveguides of varying spacing, to emulate the condition in directional couplers and ring-resonators. In the arrayed waveguide grating (AWG) demultiplexers fabricated in the SOI platform, we demonstrated the reduction of the birefringence from 1.3x10-3 (without the upper cladding) to below 1x10-4 across the spectral band by using a 0.6 μm oxide upper cladding with a stress of -320 MPa (compressive). Design options for relaxed dimensional tolerance and improved coupler performance made available by using stress engineering are discussed.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».