Ультракомпактные гибридные волноводы Si–GST для энергонезависимого управления световыми волнами

Материалы с фазовым переходом в сочетании с кремниевой фотоникой становятся перспективной платформой для создания миниатюрных фотонных устройств. Мы исследуем основные оптические свойства кремниевого гребенчатого волновода с субволновыми размерами и верхним покрывающим слоем Ge2Sb2Te5 (GST) толщиной 20 нм. Численное моделирование показывает, что эффективный показатель преломления гибридного волновода Si–GST существенно изменяется при переходе GST из аморфного состояния в кристаллическое. Это изменение можно использовать для создания фотонных устройств микронного размера. Для экспериментальной проверки эффективности гибридного волновода Si–GST в управлении световыми волнами мы изготовили серию неуравновешенных интерферометров Маха–Цендера, в которых одно плечо соединено с участком гибридного волновода Si–GST различной длины. Были измерены спектры пропускания и определены комплексные эффективные показатели преломления GST в кристаллической, аморфной и промежуточной фазах. В целом экспериментальные результаты хорошо согласуются с результатами моделирования. Энергонезависимое свойство GST делает его привлекательным для снижения статического энергопотребления. Это исследование представляет собой важный шаг к созданию ультракомпактных гибридных устройств Si–GST, которые будут играть ключевую роль в фотонных интегральных схемах высокой плотности, открывая путь к многочисленным потенциальным применениям, включая оптическое переключение, память и выполнение логических операций.