Circuito integrato plasmonico ibrido controllabile

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9983 (2023) Citare questo articolo

514 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

In questo articolo, è stato progettato e studiato per la prima volta un circuito integrato plasmonico ibrido controllabile (CHPIC) composto da nano-antenna rombica basata su guida d'onda plasmonica ibrida (HPW), divisore di fascio di polarizzazione, accoppiatore, filtro e sensore. Per controllare la potenza in una porta di ingresso corrispondente, è stato sfruttato uno splitter di potenza 1 × 3 basato su grafene con uscita commutabile. La funzionalità di ciascun dispositivo è stata studiata in modo completo sulla base del metodo degli elementi finiti e sono stati confrontati i vantaggi rispetto allo stato dell'arte. Inoltre, è stato studiato l'effetto della connessione del CHPIC alle guide d'onda fotoniche e plasmoniche per dimostrare la capacità di vari metodi di eccitazione del CHPIC. Inoltre, sono state studiate le prestazioni del CHPIC proposto connesso a collegamenti di trasmissione wireless inter/intra. Il collegamento di trasmissione wireless è costituito da due nano-antenne basate su HPW come trasmettitore e ricevitore con il guadagno massimo e la direttività di 10 dB e 10,2 dBi, rispettivamente, a 193,5 THz. Il CHPIC suggerito può essere utilizzato per applicazioni quali la comunicazione wireless ottica e le interconnessioni ottiche inter/intra-chip.

I circuiti integrati fotonici (PIC) rappresentano una promessa senza precedenti e significativa per la realizzazione di importanti caratteristiche identificabili come soluzioni ottiche a basso costo e in scala nella comunicazione ottica wireless, nel rilevamento, nel calcolo, nel filtraggio, nella spettroscopia, nell'orientamento del fascio, ecc.1. Il ridimensionamento e l'integrazione di componenti discreti come curve, risonatori ad anello, splitter, accoppiatori, sensori e antenne contengono manopole e funzionalità di nuovo concetto che sono inaccessibili nei dispositivi fotonici convenzionalmente riportati2. Inoltre, i tipici componenti discreti delle guide d'onda plasmoniche e fotoniche non possono supportare contemporaneamente una perdita di propagazione ultrabassa, funzionalità completamente ottiche veloci ed efficienti e superare i loro colli di bottiglia come i requisiti del limite di diffrazione, rispettivamente, che si traducono nella necessità di trovare soluzioni fattibili per eliminare questi problemi3.

L'idea di utilizzare componenti HPW è uno degli abilitatori tecnologici più rivoluzionari per affrontare le limitazioni più attuali, come le perdite ohmiche eccessive, e facilitare gli standard funzionali dei PIC da offrire proponendo diversi componenti discreti, adatti alla miniaturizzazione della progettazione di circuiti integrati . Molti sistemi materiali e diverse configurazioni sono stati studiati e adottati per componenti plasmonici ibridi di circuiti integrati4. Buoni esempi di materiali per progettare circuiti integrati plasmonici ibridi (HPIC) ultracompatti, a banda larga e con perdite ultrabasse includono silicio (Si)5, fosfuro di indio (InP)6, nitruro di silicio (SiNx)7, arseniuro di gallio (GaAs)8 , nitruro di alluminio (AlN)9, carburo di silicio (SiC)10 e idrogeno silsesquiossano (HSQ) che sono molto interessanti per una varietà di applicazioni ottiche integrate11. HSQ è ampiamente utilizzato per la litografia a fascio di elettroni (EBL)12 ad alta risoluzione di dispositivi fotonici ed è completamente compatibile con la maggior parte dei materiali e dei processi di fabbricazione. In linea di principio, offre due vantaggi principali: l'elevata densità di integrazione e la compatibilità con la tecnologia dei semiconduttori a ossido di metallo complementare (CMOS). Inoltre, il suo indice di rifrazione quasi identico facilita l'adattamento del processo di progettazione e produzione di silicio su isolante (SOI) esistente degli HPIC.

Inoltre, gli HPW sono una fusione di controparti plasmoniche e fotoniche, che forniscono confinamento ultra-stretto, lunghezza di propagazione a lungo raggio e supportano modalità plasmoniche ibride. Pertanto, stanno rapidamente rivoluzionando un'ampia gamma di applicazioni, dagli usi tradizionali nella guida della modalità magnetica trasversale (TM) a campi emergenti come la guida del fascio ottico, la comunicazione ottica wireless, il rilevamento, il calcolo, il filtraggio, la piegatura, la divisione e la radiazione di raggi ottici. segnali per le loro funzioni di base come componenti indispensabili nei sistemi di comunicazione ottica2,13,14.