Кремниевая фотоника с интегрированными материалами с фазовым переходом: GST и перспективные материалы

Традиционные методы настройки кремниевых фотонных сетей в основном основаны на термооптическом эффекте или эффекте свободных носителей в кремнии. Недостатками этих методов являются их энергозависимый характер и крайне малое изменение комплексного показателя преломления (Δn<0,01). Для обеспечения низкого энергопотребления и уменьшения занимаемой площади в таких приложениях, как фотонная память и вычисления, необходимо, чтобы два оптических состояния системы характеризовались высоким оптическим контрастом и сохранялись без подвода энергии. Материалы с фазовым переходом (PCM), такие как GST, обеспечивают такое решение, поскольку демонстрируют резкий контраст показателя преломления между двумя энергонезависимыми кристаллографическими состояниями, которые можно обратимо переключать. Во-первых, мы показываем, что GST можно интегрировать с кремниевым кольцевым резонатором для создания квазинепрерывного оптического переключателя с коэффициентом подавления до 33 дБ. Во-вторых, мы демонстрируем кремниевые фотонные переключатели 1×2 и 2×2 с интегрированным GST, использующие конструкцию трехволноводного ответвителя, которая обеспечивает низкие вносимые потери около 1 дБ и компактную длину связи около 30 мкм. Перекрестные помехи составляют всего −10 дБ в полосе пропускания 30 нм. Наконец, мы исследуем потенциал двух новых материалов с фазовым переходом — Sb2S3 и GeSe — для работы реконфигурируемых фотонных интегральных схем (PIC) при чрезвычайно низких потерях.