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Jul 28, 2023

Circuit intégré plasmonique hybride contrôlable

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 9983 (2023) Citer cet article 533 Accès 1 Détails de Altmetric Metrics Dans cet article, un circuit intégré plasmonique hybride contrôlable (CHPIC) composé

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9983 (2023) Citer cet article

533 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Dans cet article, un circuit intégré plasmonique hybride contrôlable (CHPIC) composé d'une nano-antenne rhombique basée sur un guide d'ondes plasmonique hybride (HPW), d'un séparateur de faisceau de polarisation, d'un coupleur, d'un filtre et d'un capteur a été conçu et étudié pour la première fois. Afin de contrôler l'alimentation d'un port d'entrée correspondant, un répartiteur de puissance 1 × 3 à base de graphène avec sortie commutable a été exploité. La fonctionnalité de chaque appareil a été étudiée de manière approfondie sur la base de la méthode des éléments finis et les avantages par rapport à l'état de l'art ont été comparés. De plus, l’effet de la connexion du CHPIC aux guides d’ondes photoniques et plasmoniques a été étudié pour démontrer la capacité de diverses méthodes d’excitation du CHPIC. En outre, les performances du CHPIC proposé connecté aux liaisons de transmission sans fil inter/intra ont été étudiées. La liaison de transmission sans fil se compose de deux nano-antennes basées sur HPW comme émetteur et récepteur avec un gain et une directivité maximum de 10 dB et 10,2 dBi, respectivement, à 193,5 THz. Le CHPIC suggéré peut être utilisé pour des applications telles que la communication optique sans fil et les interconnexions optiques inter/intra-puces.

Les circuits intégrés photoniques (PIC) apportent des promesses sans précédent et significatives pour la réalisation de fonctionnalités identifiables importantes telles que des solutions optiques à faible coût et à grande échelle dans la communication optique sans fil, la détection, le calcul, le filtrage, la spectroscopie, l'orientation du faisceau, etc.1. La réduction d'échelle et l'intégration de composants discrets tels que les coudes, les résonateurs en anneau, les séparateurs, les coupleurs, les capteurs et les antennes contiennent de nouveaux boutons conceptuels et des fonctionnalités inaccessibles dans les dispositifs photoniques conventionnels2. De plus, les composants discrets typiques des guides d'ondes plasmoniques et photoniques ne peuvent pas simultanément prendre en charge une perte de propagation ultra faible, des fonctionnalités tout optiques rapides et efficaces, et surmonter leurs goulots d'étranglement tels que l'exigence de limite de diffraction, respectivement, ce qui entraîne la nécessité de trouver des solutions réalisables pour éliminer ces problèmes3.

L'idée d'utiliser des composants HPW est l'un des outils technologiques les plus révolutionnaires pour répondre à la plupart des limitations actuelles telles que les pertes ohmiques excessives et faciliter les normes fonctionnelles des PIC pour proposer plusieurs composants discrets, adaptés à la miniaturisation de la conception de circuits intégrés. . De nombreux systèmes matériels et différentes configurations ont été étudiés et adoptés pour les composants plasmoniques hybrides des circuits intégrés4. De bons exemples de matériaux pour concevoir des circuits intégrés plasmoniques hybrides (HPIC) ultra-compacts, à large bande et à très faibles pertes comprennent le silicium (Si)5, le phosphure d'indium (InP)6, le nitrure de silicium (SiNx)7, l'arséniure de gallium (GaAs)8. , le nitrure d'aluminium (AlN)9, le carbure de silicium (SiC)10 et l'hydrogène silsesquioxane (HSQ) qui sont très attractifs pour une variété d'applications optiques intégrées11. Le HSQ est largement utilisé pour la lithographie par faisceau d’électrons (EBL)12 haute résolution des dispositifs photoniques et est entièrement compatible avec la plupart des matériaux et processus de fabrication. En principe, il apporte deux avantages majeurs : une densité d’intégration élevée et une compatibilité avec la technologie CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor). De plus, son indice de réfraction presque identique facilite l’adaptation du processus de conception et de fabrication existant de silicium sur isolant (SOI) des HPIC.

En outre, les HPW sont une fusion d'homologues plasmoniques et photoniques, qui offrent un confinement ultra-étroit, une longueur de propagation à longue portée et prennent en charge les modes plasmoniques hybrides. Par conséquent, ils révolutionnent rapidement un large éventail d'applications, depuis ses utilisations traditionnelles dans le guidage du mode magnétique transversal (TM) jusqu'aux domaines émergents tels que l'orientation du faisceau optique, la communication optique sans fil, la détection, le calcul, le filtrage, la courbure, la division et le rayonnement optique. signaux pour leurs fonctions de base en tant que composants indispensables dans les systèmes de communication optique2,13,14.