Widely tunable and wavelength selective hybrid photonic components

When we use internet, TV, or talk on the phone, signals are transmitted over long distances by laser light in a glass fiber. To be able to send as much information as possible over one fiber we use so called wavelength-division multiplexing (WDM). It means that one – like in radio broadcasting – divides the available frequency range into several channels with different central wavelengths. That way, different data can be simultaneously transmitted across different wavelength channels. An optical receiver with a wavelength filter can then distinguish the channels and send the right signal to the right end-user. With a tunable filter the user can choose channels himself.

Illustration:

One of the wavelength channels (λm) is coupled out (dropped) from the input bar arm to the cross arm made of electro-optic (EO) material. The condition is that the effective indices, and hence the phase velocities, in both arms at λm are equal (phase matching).

Using the EO effect one can tune the refractive index of the cross arm by applying tunable DC voltage. This shifts the phase matching to another wavelength.

The larger is the slope difference between the dispersion curves of the arms the smaller is the bandwidth of the filter.

To accurately select light at different wavelengths is also important in other areas, e.g. for sensitive sensors, or spectroscopy, where one can measure content of different substances in a test sample by studying how it absorbs or refracts different light wavelengths.

The project deals with design of this type of components where the wavelength selective part is made of passive silicon (Si) and is combined with active parts to enable tunability and lasing.

The focus of the project is on a tunable laser, tunable filters, and a sensitive sensor for e.g. biomedical applications.

Projektet sysslar med design av denna typ av komponenter där den våglängdsselekterande delen görs i kisel och är kombinerad med aktiva delar för att möjliggöra avstämbarheten och lasring.

Fokuset i projektet ligger på en våglängdsavstämbar laser, avstämbara våglängdsselektiva filter, och en känslig sensor för t.ex. biomedicinska tillämpningar.

Nedan är ett exempel på vår design:

Den ena av den direktionella kopplarens båda armar består här av en 1D fotonisk kristall (PhC) vågledare för att åstad- komma hög dispersion. Dispersionen hos den andra armen med EO-kärna omgiven av SiO2 glas, är svag. Denna design som är möjlig att tillverka i vår amorfa kiselteknologi, ger smal (subnanometer) bandbredd och brett (ca 100 nm) kontinuerligt avstämningsområde..

Genom att addera en laserdiod (L/HR) och en spegel (M) designade vi en avstämbar laser (nedan). Laserspektrumet visar god sidmodsundertryckning och en linjebredd av 0.02nm. Detta tillsammans med det breda avstämningsområdet, gör en sådan laser ett intressant fyrportsalternativ för tillämpningar i WDM-system, spektroskopi, fotokemi, eller för sensorer.

Text by: Bozena Jaskorzynska, Richard Schatz

Page responsible:Max Yan
Belongs to: School of Engineering Sciences (SCI)
Last changed: Feb 09, 2013