Polarisationsabhängige Transmissionseigenschaften von integriert optischen Wellenleitern auf Siliziumbasis

Abstract

In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene siliziumbasierte Materialsysteme für die integrierte Optik charakterisiert. Die Proben wurden von externen Partnern hergestellt. Die Vereinzelung der Proben in einzelne Chips durch Sägen und Polieren wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Um die Proben charakterisieren zu können, wurde ein entsprechender Koppelmessplatz aufgebaut. In dieser Arbeit wurden konventionelle SOI (Silicon-On-Insulator)-Streifenwellenleiter auf ihre polarisationsabhängigen Eigenschaften bezüglich der Wellenleitung von eingekoppeltem Licht im Spektralbereich für die Telekommunikation (1510 – 1630 nm) charakterisiert. Diese Messungen sollten als Referenz für die eingesetzten Methoden und für das anschließend untersuchte IOSOI (Insulator-On-Silicon-On-Insulator)-Materialsystem dienen. Es wurden die Modenprofile, die Propagationsverluste und die Gruppenindex-Dispersion für beide Polarisationen bestimmt. Die untersuchten Strukturen hatten eine Breite von 550 nm und 890 nm. Es wurde gezeigt, dass im konventionellen SOI-Materialsystem aufgrund des mit 1 µm zu dünnen Pufferoxid für TM-Polarisation keine (verlustarme) Propagation möglich ist. Des weiteren wurden konventionelle Streifenwellenleiter und W1-photonische-Kristall-Wellenleiter im neuartigen IOSOI-Materialsystem untersucht. Es wurden von 890 nm und 2 µm breiten Streifenwellenleitern die Modenprofile, die Propagationsverluste und die Gruppenindex-Dispersion für beide Polarisationen bestimmt. Es konnte hier gezeigt werden, dass ein ausreichend dickes Puffer-Oxid (3 µm) eine Propagation von TM-polarisiertem Licht ermöglicht. Im IOSOI-Materialsystem wurden außerdem W1-photonische-Kristall-Wellenleiter realisiert. Hier wurde gezeigt, dass ebenfalls für TM-Polarisation verlustarme Propagation von Licht möglich ist. Außerdem wurde ein Polarisations-Übersprechen von 15 dB nachgewiesen. Dies ist auf Streu- und Koppeleffekte an den Endflächen der photonischen-Kristall-Wellenleiter zurückzuführen.