مدولاتور نوری مبتنی بر ساختار Ta₂O₅-SOI با استفاده از ماده تغییردهنده فاز VO₂ در طول موج ۱/۵۵ µm

چکیده مقاله

در این پژوهش، مدولاتور نوری مبتنی بر ترکیب Ta₂O₅ و VO₂ روی بستر SOI در طول موج ۱/۵۵ میکرومتر طراحی و شبیه‌سازی شد. ابتدا موجبر Ta₂O₅-SOI تحلیل و ضخامت بهینه هسته ۵۰۰ نانومتر تعیین گردید. سپس ساختار دوبعدی با پهنای ۲۰۰۰–۳۰۰۰ نانومتر بررسی شد. با افزودن لایه ۲۰۰ نانومتری VO₂، رفتار مدولاتور در دو فاز عایقی و فلزی مطالعه گردید. نتایج نشان داد در فاز عایقی، ضریب شکست مؤثر حقیقی مدهای TE از ۲/۲۲ تا ۱/۶۴ و مدهای TM از ۱/۹۸ تا ۱/۴۹ متغیر است. در فاز فلزی، مدهای TM به‌صورت پلاسمونیکی منتشر شدند. با انجام شبیه‌سازی در نرم‌افزارهای COMSOL و Lumerical FDTD Solutions نشان داده شده است که امکان مدولاسیون الکتروجذبی در ابعاد فشرده در مود TM با تغییر VO₂ ماده بین دو فاز عایقی و فلزی فراهم می‌باشد. بستر Ta₂O₅ با تلفات کمتر از ۰/۵ dB/cm و سازگاری با CMOS، امکان ساخت مدولاتورهای کارآمد را تضمین می‌کند.