Im Projekt wurden neuartige Bauelementkonzepte für die Silizium Photonik erforscht. Hierzu wurden Aufbaukonzepte untersucht, bei denen die aktiven Silizium-Chips in Verbindung mit der LIGA-Technologie (LIGA: Akronym, steht für die Fertigungsprozesse Lithographie, Galvanik, Abformung) an Glasfasern gekoppelt wurden. In der LIGA-Struktur (mikrooptische Bank) können die Teilkomponenten mit hoher Genauigkeit passiv zueinander justiert werden, wodurch die Entwicklung von volumentauglichen Herstellungsprozessen ermöglicht wird. Eine der größten Herausforderungen in der Silizium-Nanophotonik ist die Kopplung der Faser an die Siliziumwellenleiter, deren Dimensionen im Submikrometerbereich liegen. Eine direkte Ankopplung würde zu extrem hohen Verlusten führen, weshalb in diesem Projekt Gitterstrukturen (Grating Coupler, GC) verwendet wurden, mit denen eine nahezu perfekte Anpassung des Modenfelds an eine Singlemode Faser möglich ist. Der Koppelverlust zu einer Faser beträgt 3.5 dB und kann z.B. mit Goldspiegeln unter den GCs auf unter 1 dB reduziert werden. In den optischen Gitterstrukturen wird das Licht mit Hilfe von Beugung vertikal aus dem Chip aus- und in spezielle Fasern eingekoppelt, deren Facette auf einen Winkel von 50 poliert wurde, so dass an ihr Totalreflektion auftritt und das Licht in den Faserkern geleitet wird. Bei u2t wurden zunächst in Zusammenarbeit mit den entsprechenden Partnern die Aufbaukonzepte entwickelt und daraus Modulkonzepte abgeleitet. Nach der Definition der Spezifikationen und Schnittstellen wurden Modulaufbauten sowie die entsprechenden Herstellungsprozesse für OOK- und QPSK-Empfänger und Modulatoren entwickelt und in geeigneten Versuchsanordnungen verifiziert. Bei der Entwicklung wurde auf bereits bestehende Gehäusestandards bzw. Hersteller- und Kundenvereinbarungen (OIF Vereinbarungen und MSAs) aufgebaut, um eine Vergleichbarkeit der Modulperformance mit bereits etablierten Technologien z.B. in Systemexperimenten zu gewährleisten. Neben dem Aufbau von Empfänger- und Modulatormodulen wurden die zentralen Teilfunktionen der Silizium Komponenten zunächst in Laboraufbauten auf ihre Funktionalität untersucht. Mit Hilfe der aufgebauten Module lässt sich der Stand der Silizium Photonik am Forschungsstandort Deutschland bewerten. Die Möglichkeit der Kommerzialisierung von Komponenten auf Basis der im Projekt verwendeten Technologien wird nicht vor 2018 erwartet.

    Within the project new concepts for Silicon Photonics based components have been investigated. New assembly concepts have been explored in which the active silicon photonic integrated chips (Si-PICs) were coupled to single mode fibres with the use of the LIGA technology (LIGA: Germ, acronym for Lithography, Electroplating, and Molding describing the fabrication processes of the technology). The LIGA tools act as micro optical benches and the subcomponents can be adjusted passively with very high accuracy to each other. This enables the development of high volume production processes. One of the biggest challenges in Silicon Nanophotonics is the low loss fibre-chip coupling since the dimensions of the silicon waveguides are in the range of less than a µm in the transversal directions. A direct coupling to standard single mode fibres (SMF) would introduce very high tosses. This is why diffractive elements (grating couplers, GC) where used within the project which diffract the light upwards out of the chip plane. With GCs a very good mode matching between the Si-waveguide and SMF can be achieved. The measured insertion loss of the GC is 3.5 dB, the relatively high loss can be further reduced by using metal mirrors under the GC. The end face of the fibre is polished to an angle of 50° to fold the light into the core via total internal reflection. In the first step the building concepts have been developed in cooperation with the respective partners which led to different module schemes. After definition of the target specifications and interfaces the components as well as production processes for the modulators and receivers have been developed. The builds have been characterized to verify their functionality. The development of the modules has been pursued with attention to existing standards and implementation agreements (OIF-IA and MSA) to ensure the comparability of the performance to existing technologies (e.g. system experiments). In addition to the production of modulator and receiver modules central sub-functionalities of the Si PICs and other subcomponents as the fibres have been investigated in special experiments. With the help of the modules that have been built the actual state of the art of Si-Photonics in Germany can be rated. The possibility to commercialize components based on the technologies used in the project is not expected before 2018.


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    Title :

    Kostengünstige Sender- und Empfängermodule für die Verwendung in 10G OOK und 40G QPSK Applikationen. Teilvorhaben. Verbundprojekt: Monolithisch-integrierbare Silizium-basierte photonische Bauelemente für Telekommunikations-Applikationen - MISTRAL. Abschlussbericht. Berichtszeitraum: 01.10.2010 - 31.12.2012


    Contributors:


    Publication date :

    2013


    Size :

    53 Seiten, Bilder, Tabellen


    Type of media :

    Report


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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