Progettazione di un divisore di potenza in film sottile di LiNbO3 con scambio protonico per PIC

Nella realizzazione di componenti ottici integrati lo studio dei layout ottici riveste una notevole importanza, poiché si determinano le caratteristiche del componente ed in particolare le perdite ottiche. Nell’ambito di questo lavoro è stato progettato un nuovo layout ottico di un divisore di potenza ottica a 3dB. Più precisamente, tale divisore è stato realizzato tramite una giunzione a Y, che è un elemento base nei circuiti integrati fotonici (PIC) ed è ampiamente utilizzata nei modulatori elettro-ottici interferometrici di Mach-Zehnder (MZ) o negli interruttori ottici. Sono state usate guide dielettriche in film sottile di niobato di litio (LN) con configurazione X-CUT e polarizzazione TE; le quali contengono una regione a scambio protonico (PE) sufficientemente piccola (0.15μm) rispetto allo spessore di LN (0.5μm), così da non deteriorare i coefficienti elettro-ottici di LN ma allo stesso tempo non apportare molte perdite (0.2dB/cm) a causa del canale PE. In compenso lo scambio protonico determina un grande salto di indice di rifrazione (Δn=0.08) che ha permesso di confinare fortemente il campo ottico. Per cui nella fase di progettazione è stato possibile ridurre l’interasse (S=12μm) tra le guide ottiche, che migliora l’accoppiamento con il segnale di modulazione. Inoltre, è stata minimizzata la lunghezza della giunzione a Y raggiungendo il valore di L=600μm. Le simulazioni sono state svolte con OptiBPM, un software commerciale al cui interno è implementata la nota tecnica della propagazione dei fasci Beam Propagation Method con il metodo delle Finite Difference (FD-BPM). Sulla base delle simulazioni fatte, grazie al layout ottico progettato che modella il profilo del divisore eliminando qualsiasi discontinuità, si è raggiunto un valore pressoché ideale del coefficiente di trasmissione (T=3.013dB).