Optimization of thermo-optic phase-shifter design and mitigation of thermal crosstalk on the SOI platform

绝缘体上的硅 材料科学 光电子学 制作 移相模块 热的 光子学 硅光子学 光学 电子工程 插入损耗 工程类 病理 气象学 冶金 物理 替代医学 医学
作者
Maxime Jacques,Alireza Samani,Eslam El‐Fiky,David Patel,Zhenping Xing,David V. Plant
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:27 (8): 10456-10456 被引量:175
标识
DOI:10.1364/oe.27.010456
摘要

We first optimize the design and compare the performance of thermo-optic phase-shifters based on TiN metal and N++ doped silicon, in the same SOI process. The designs don't require special material processing, show negligible loss, and have very stable power consumption. The optimum TiN design has a switching powerPπ=21.4 mW and a time constantτ=5.6 µs, whereasPπ=22.8 mW andτ=2.2 µs for the best N++ Si design, enabling 2.5x faster switching compared to the metal heater. Doped-Si-based heaters are therefore the most practical and efficient on standard SOI. In addition, to optimize the layout density of highly integrated dies, we experimentally characterize internal and external thermal crosstalk for tunable Mach-Zehnder interferometers (MZIs) based on both heater designs for various power, distances, and etching patterns. Deep trenches are the best structures not involving special fabrication techniques to mitigate heat leakage affecting phase-sensitive devices close to heaters. Given the numerous applications of thermal tuners, this work is relevant to almost all silicon photonics designers.
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