KIP-Veröffentlichungen

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Bandbreite in modernen Kommunikations- und Computersystemen haben sich photonische integrierte Schaltungen (PICs) als vielversprechende Lösung erwiesen, die durch Parallelisierung eine schnellere Datenübertragung bei geringem Stromverbrauch ermöglicht. Parallelisierung durch Wellenlängenmultiplexing erhöht den Bedarf an einer hohen operativen Bandbreite in den optoelektronischen Komponenten dieser Schaltungen. 2x2-Koppler, die Licht zwischen Wellenleitern aufteilen, sind grundlegende Bausteine von PICs. Insbesondere 3dB-Koppler, die das Licht gleichmäßig auf zwei Wellenleiter aufteilen, sind in PIC-Anwendungen weit verbreitet. Gleichmäßige Aufteilung von Licht verschiedener Wellenlängen kann bereits mit Multi-Mode-Interferometern (MMI’s) oder adiabatischen Kopplern erreicht werden. Die Umsetzbarkeit dieser Lösungen wird jedoch durch hohe Verluste und Bauteilgrößen eingeschränkt, was deren Anwendung in kompakten und komplexen Schaltungen erschwert. Asymmetrische Richtkoppler stellen eine Alternative dar, die eine breitbandige 3dB-Aufteilung bei geringem Platzbedarf und niedrigen Verlusten ermöglicht. In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines 3dB-Richtkopplers vorgestellt, der für den Betrieb bei 1550 nm ausgelegt ist. Ziel ist es, die Wellenlängenabhängigkeit des Aufspaltungsverhaltens zu minimieren, um eine konsistente 3dB-Aufspaltung über einen breiten Wellenlängen-bereich zu erreichen. Eine Kombination aus Finite-Difference-Eigenmode- (FDE) und Finite-Difference Time-Domain Simulationen (FDTD) wird zur Analyse und Optimierung der Bauteilstruktur eingesetzt. Auf der Grundlage dieser Optimierung werden mehrere Splitter hergestellt und bewertet. In dieser Arbeit wird ein konsistentes Aufteilungsverhältnis von 3±0, 5 dB über eine Bandbreite von 70 nm erreicht.

With the growing demand for bandwidth in modern communication and computing systems, photonic integrated circuits (PICs) have emerged as a promising solution to scale architectures through parallelization, enabling faster data transfer while reducing power consumption. Parallelization via wavelength multiplexing increases the need for higher operational bandwidth in the optoelectronic components of these circuits. 2x2 couplers, which split light between waveguides, are fundamental building blocks of PICs. In particular, 3dB splitters, which evenly divide light into two waveguides, are widely used in various PIC applications. Wavelength-independent 3dB splitting can already be achieved using MMI’s (Multi-mode-Interferometers) or adiabatic couplers. However, the feasibility of these solutions is limited by high excess losses and large device sizes, making them impractical for more compact and advanced circuits. Asymmetric directional couplers provide an alternative, enabling broadband 3dB splitting while maintaining a small footprint and low excess losses. This work presents the development of a 3dB directional coupler designed to operate around 1550 nm. The objective is to minimize the wavelength dependence of the splitting behavior to achieve consistent 3dB splitting across a broad range of wavelengths. A combination of Finite Difference Eigenmode (FDE) and Finite Difference Time Domain (FDTD) simulations is employed to analyze and optimize the device structure. Based on this optimization, several splitters are fabricated and evaluated. In this study, a consistent splitting ratio of 3 ± 0.5 dB over a bandwidth of 70 nm is achieved.