1
|
Doughan I, Oyemakinwa K, Ovaskainen O, Roussey M. Low Loss Vertical TiO 2/Polymer Hybrid Nano-Waveguides. NANOMATERIALS (BASEL, SWITZERLAND) 2023; 13:469. [PMID: 36770429 PMCID: PMC9921058 DOI: 10.3390/nano13030469] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/19/2022] [Revised: 01/17/2023] [Accepted: 01/20/2023] [Indexed: 06/18/2023]
Abstract
This article proposes a novel demonstration of a low-loss polymer channel hybridized with a titania core leading to a nano-waveguide elongated in the normal direction to the substrate. It is aimed at using the quasi-transverse magnetic (TM) mode as the predominant mode in compact photonic circuitry. A detailed design analysis shows how a thin layer of a higher-refractive index material in a trench within the core of the waveguide can increase the confinement and reduce the propagation losses. This thin layer, produced by atomic layer deposition, covers the entire polymer structure in a conformal manner, ensuring both a reduction of the surface roughness and a stronger field confinement. The trench can be made at any place within the polymer channel and therefore its position can be tuned to obtain asymmetric modal distribution. The waveguide is demonstrated at telecom wavelengths, although the material's properties enable operation over a large part of the electromagnetic spectrum. We measured propagation losses as low as 1.75 ± 0.32 dB/cm in a 200 nm × 900 nm section of the waveguide core. All processes being mass-production compatible, this study opens a path towards easier integrated-component manufacture.
Collapse
|
2
|
Cammarata S, Fontana A, Kaplan AE, Cornia S, Dao TH, Lacava C, Demontis V, Iadanza S, Vitali V, De Matteis F, Pedreschi E, Magazzù G, Toncelli A, Spinella F, Saponara S, Gunnella R, Rossella F, Salamon A, Bellani V. Polarization Control in Integrated Graphene-Silicon Quantum Photonics Waveguides. MATERIALS (BASEL, SWITZERLAND) 2022; 15:8739. [PMID: 36556545 PMCID: PMC9786119 DOI: 10.3390/ma15248739] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/11/2022] [Revised: 11/29/2022] [Accepted: 12/02/2022] [Indexed: 06/17/2023]
Abstract
We numerically investigated the use of graphene nanoribbons placed on top of silicon-on-insulator (SOI) strip waveguides for light polarization control in silicon photonic-integrated waveguides. We found that two factors mainly affected the polarization control: the graphene chemical potential and the geometrical parameters of the waveguide, such as the waveguide and nanoribbon widths and distance. We show that the graphene chemical potential influences both TE and TM polarizations almost in the same way, while the waveguide width tapering enables both TE-pass and TM-pass polarizing functionalities. Overall, by increasing the oxide spacer thickness between the silicon waveguide and the top graphene layer, the device insertion losses can be reduced, while preserving a high polarization extinction ratio.
Collapse
Affiliation(s)
- Simone Cammarata
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pisa, 56127 Pisa, Italy
- Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Pisa, 56122 Pisa, Italy
| | - Andrea Fontana
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
| | - Ali Emre Kaplan
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione, Università di Pavia, 27100 Pavia, Italy
| | - Samuele Cornia
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università di Modena e Reggio Emilia, 41125 Modena, Italy
| | - Thu Ha Dao
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
| | - Cosimo Lacava
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione, Università di Pavia, 27100 Pavia, Italy
| | - Valeria Demontis
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- NEST, Scuola Normale Superiore, Istituto Nanoscienze-CNR, 56127 Pisa, Italy
| | - Simone Iadanza
- Centre for Advanced Photonics and Process Analysis, Munster Technological University, Tyndall National Institute, T12 P928 Cork, Ireland
| | - Valerio Vitali
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Optoelectronics Research Center (ORC), University of Southampton, Southampton SO17 1BJ, UK
| | - Fabio De Matteis
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
| | - Elena Pedreschi
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pisa, 56127 Pisa, Italy
| | - Guido Magazzù
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pisa, 56127 Pisa, Italy
| | - Alessandra Toncelli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pisa, 56127 Pisa, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università di Pisa, 56127 Pisa, Italy
| | - Franco Spinella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pisa, 56127 Pisa, Italy
| | - Sergio Saponara
- Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Pisa, 56122 Pisa, Italy
| | - Roberto Gunnella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Perugia, 06123 Perugia, Italy
- Scuola di Scienze e Tecnologie, Università di Camerino, 62032 Camerino, Italy
| | - Francesco Rossella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università di Modena e Reggio Emilia, 41125 Modena, Italy
| | - Andrea Salamon
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
| | - Vittorio Bellani
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Sezione di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università di Pavia, 27100 Pavia, Italy
| |
Collapse
|