Design of a silicon photonic multimode interference coupler

Abstract

[ANGLÈS] RSoft Design is a software used by researchers, system integrators, manufacturers and service providers, thanks to its tools which provide a wide range of applications, from the design of photonic components to planning and design of systems and networks. Regarding the design of photonic components it is possible to model active and passive components, for both purposes there is a Device Suit, and each one includes a CAD environment, simulation engines with one with a different calculation method, and an optimization utility. The targeted photonic component to be designed was the MMI Coupler, that follows the selfimaging principle of multimodal waveguides, the application of this kind of devices has grown due to the interest of its effects in integrated optics and its advantages, this component specifically offers higher fabrication tolerances and polarization independent results, both features of great convenience regarding the different applications of this component in integrated circuits. The MMI Coupler falls into the category of a passive photonic component, and from the series of engines which could be applied, the BeamPROP engine, based on the Beam Propagation Method, is implemented for its accuracy in the final results of the simulations, and its outstanding computational performance. The design of the Coupler was based on the Fraunhofer IZM model for waveguides, which is a SOI structure with specific standard dimensions, and as simulations were performed particular geometric characteristics, were implemented to obtain an optimized result. The geometric characteristics mentioned before are the choosing of an appropriate width for the MMI section which resulted in the best possible output, the tapering of the access segments between the MMI section and the monomode waveguides to create a better balance between the different outputs and to obtain a higher power in the same point, and finally, when necessary the tapering of the MMI section to avoid cross-talk between the monomode segments after the coupling section.

[CASTELLÀ] RSoft Design es un software usado por investigadores, integradores de sistemas, fabricantes y proveedores de servicios, gracias a sus herramientas que ofrecen un rango considerablemente amplio de aplicaciones, desde el diseño de componentes fotónicos hasta la planificación y diseño de sistemas y redes. En lo referente al diseño de componentes fotónicos es posible modelar componentes activos y componentes pasivos, y en ambos casos se puede contar con un Device Suit, un medio CAD, motores de simulación, cada uno con diversos métodos de cálculo, y utilidades de optimización. El componente fotónico a ser diseñado fue el acoplador de Interferencia Multimodal, que sigue los principios de autoimagen característicos de las guías de onda multimodal, la aplicación de estos dispositivos ha aumentado enormemente debido al interés de sus efectos en las ópticas integradas y sus ventajas, este componente ofrece específicamente una tolerancia de fabricación considerablemente elevada y resultados que son independientes de la polarización usada, ambas características convenientes en la aplicación de este componente en ciruitos integrados. El acoplador antes mencionado se encuentra categorizado como un componente fotónico pasivo, y de la serie de motores utilizables para estos modelos, el motor BeamPROP, basado en el Método de Propagación del Haz, es implementado, por su precisión en los resultados finales de las simulaciones y por el excepcional rendimiento compucional que presenta. El diseño del acoplador se basó en el modelo de guía de ondas de Fraunhofer IZM, el cual es una estructura SOI con dimensiones estándares específicas, y al llevar a cabo numerosas simulaciones fueron introducidas ciertas particularidades geométricas para obtener resultados optimizados. Las características geométricas mencionadas previamente fueron la escogencia de una anchura apropiada para la sección MMI que produjese el mejor resultado posible, la disminución o aumento gradual de los segmentos de entrada, entre la sección MMI y las guías de onda monomodo para así crear un mejor balance entre las diferentes salidas y asi obtener en el mismo punto una potencia más elevada, y finalmente, cuando fuese necesario la disminución o aumento gradual de la sección MMI para evitar diafonía entre los segmentos monomodo luego del sector de acoplamiento.

[CATALÀ] RSoft Design és un programari usat per investigadors, integradors de sistemes, fabricants i proveïdors de serveis, gràcies a les seves eines que ofereixen un rang considerablement ampli d'aplicacions, des del disseny de components fotònics fins a la planificació i disseny de sistemes i xarxes. Pel que fa al disseny de components fotònics és possible modelar components actius i components passius, i en ambdós casos es pot comptar amb un Device Suit, un mitjà CAD, motors de simulació, cadascun amb diversos mètodes de càlcul, i utilitats d'optimització. El component fotònic a ser dissenyat va ser l'acoblador d'Interferència Multimodal, que segueix els principis d'autoimatge característics de les guies d'ona multimodal, l'aplicació d'aquests dispositius ha augmentat enormement a causa de l'interès dels seus efectes en les òptiques integrades i els seus avantatges, aquest component ofereix especificament una tolerància de fabricació considerablement elevada i resultats que són independents de la polarització utilitzada, ambdues característiques convenients en l'aplicació d'aquest component en circuits integrats. L'acoblador abans esmentat està categoritzat com un component fotònic passiu, i de la sèrie de motors utilitzables per aquests models, el motor BeamPROP, basat en el Mètode de Propagació del Feix, és implementat, per la seva precisió en els resultats finals de les simulacions i per l'excepcional rendiment compucional que presenta. El disseny de l'acoblador es va basar en el model de guia d'ones de Fraunhofer IZM, el qual és una estructura SOI amb dimensions estàndards específiques, i en dur a terme nombroses simulacions van ser introduïdes certes particularitats geomètriques per obtenir resultats optimitzats. Les característiques geomètriques esmentades prèviament van ser la tria d'una amplada apropiada per a la secció MMI que produís el millor resultat possible, la disminució o augment gradual dels segments d'entrada, entre la secció MMI i les guies d'ona monomode per així crear un millor balanç entre les diferents sortides i així obtenir en el mateix punt una potència més elevada, i finalment, quan fos necessari, la disminució o augment gradual de la secció MMI per evitar diafonia entre els segments monomode després del sector d'acoblament.