Abstract

We designed and demonstrated a compact, high-index contrast (HIC) vertical waveguide coupler for TE single mode operation with the lowest coupling loss of 0.20 dB ± 0.05 dB at 1550 nm. Our vertical coupler consists of a pair of vertically overlapping inverse taper structures made of SOI and amorphous silicon. The vertical coupler can suppress power oscillation observed in regular directional couplers and guarantees vertical optical impedance matching with great tolerance for fabrication and refractive index variations of the waveguide materials. The coupler furthermore shows excellent broadband coupling efficiencies between 1460 nm and 1570 nm.

© 2008 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. Kirchain and L. C. Kimerling, "A roadmap for nanophotonics," Nature Photon. 1, 303-305 (2007).
    [CrossRef]
  2. Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
    [CrossRef]
  4. D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
    [CrossRef]
  6. B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics (P266, John Wiley & Sons, Inc., 1991).
    [CrossRef]
  7. H. A. Haus, Wave and Fields in Optoelectronics (P218, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1984).
  8. D. K. Sparacin, R. Sun, A. Agarwal, M. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. Conway, A. Pomerene, D. Carothers, M. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, "Low-loss amorphous silicon channel waveguides for integrated photonics," Proceedings of 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics, 255-257, 2006.
  9. M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
    [CrossRef]
  10. Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
    [CrossRef]
  11. A. Yariv and X. Sun, "Supermode Si/III-V hybrid lasers, optical amplifiers, and modulators: A proposal and analysis," Opt. Express 15, 9147 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. D. F. G. Gallagher and T. P. Felici, "Eigenmode expansion methods for simulation of optical propagation in photonics: Pros and cons," Proc. SPIE 4987, 69-82 (2003).
    [CrossRef]
  13. M. R. Watts and H. A. Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators," Opt. Lett. 29, 138 (2005).
    [CrossRef]
  14. N-N Feng, R. Sun, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Lossless strip-to-slot waveguide transformer," Opt. Lett. 32, 1250 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. P. Karminow and L. W. Stulz, "Loss in cleaved Ti-diffused LiNbO3 waveguides," Appl. Phys. Lett. 33, 62 (1978)
    [CrossRef]
  16. J. Liu, D. Pan, S. Jongthammanurak, D. Ahn, C-Y Hong, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Waveguide-Integrated Ge p-i-n Photodetectors on SOI Platform," 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics,2006, 173

2008

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

2007

2006

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

2005

M. R. Watts and H. A. Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators," Opt. Lett. 29, 138 (2005).
[CrossRef]

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

2003

D. F. G. Gallagher and T. P. Felici, "Eigenmode expansion methods for simulation of optical propagation in photonics: Pros and cons," Proc. SPIE 4987, 69-82 (2003).
[CrossRef]

1990

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

1978

P. Karminow and L. W. Stulz, "Loss in cleaved Ti-diffused LiNbO3 waveguides," Appl. Phys. Lett. 33, 62 (1978)
[CrossRef]

Ahn, D.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Apsel, A.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Apsel, A. B.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Beals, M.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Beattie, J.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Cannon, D.

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Carothers, D.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Chen, J.

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Chen, Y-K

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Chen, Y-K.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Conway, T.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Felici, T. P.

D. F. G. Gallagher and T. P. Felici, "Eigenmode expansion methods for simulation of optical propagation in photonics: Pros and cons," Proc. SPIE 4987, 69-82 (2003).
[CrossRef]

Feng, N-N

Gallagher, D. F. G.

D. F. G. Gallagher and T. P. Felici, "Eigenmode expansion methods for simulation of optical propagation in photonics: Pros and cons," Proc. SPIE 4987, 69-82 (2003).
[CrossRef]

Gill, D. M.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Giziewicz, W.

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Grove, M.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Haus, H. A.

M. R. Watts and H. A. Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators," Opt. Lett. 29, 138 (2005).
[CrossRef]

Henry, C. H.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

Hong, C-Y

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Ilday, F. O.

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Karminow, P.

P. Karminow and L. W. Stulz, "Loss in cleaved Ti-diffused LiNbO3 waveguides," Appl. Phys. Lett. 33, 62 (1978)
[CrossRef]

Kartner, F. X.

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Kärtner, F. X.

Kazarinov, R. F.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

Kimerling, L. C.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

N-N Feng, R. Sun, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Lossless strip-to-slot waveguide transformer," Opt. Lett. 32, 1250 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Kimerling, L.C.

R. Kirchain and L. C. Kimerling, "A roadmap for nanophotonics," Nature Photon. 1, 303-305 (2007).
[CrossRef]

Kirchain, R.

R. Kirchain and L. C. Kimerling, "A roadmap for nanophotonics," Nature Photon. 1, 303-305 (2007).
[CrossRef]

Kistler, R. C.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

Kopa, A.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Lipson, M.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Liu, J.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Michel, J.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. Ahn, C-Y Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, J. Michel, J. Chen, and F. X. Kärtner, "High performance, waveguide integrated Ge photodetectors," Opt. Express 15, 3916-3921 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

N-N Feng, R. Sun, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Lossless strip-to-slot waveguide transformer," Opt. Lett. 32, 1250 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Orlowsky, K. J.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

Pan, D.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Patel, S. S.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Pomerene, A.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Pomerene, A. T.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Pradhan, S.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Rasras, M.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Rasras, M. S.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Schmidt, B.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Shani, Y.

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

Sparacin, D. K.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Stulz, L. W.

P. Karminow and L. W. Stulz, "Loss in cleaved Ti-diffused LiNbO3 waveguides," Appl. Phys. Lett. 33, 62 (1978)
[CrossRef]

Sun, R.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

N-N Feng, R. Sun, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Lossless strip-to-slot waveguide transformer," Opt. Lett. 32, 1250 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Sun, X.

Tu, K. Y.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

Tu, K-Y.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Wada, K.

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Watts, M. R.

M. R. Watts and H. A. Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators," Opt. Lett. 29, 138 (2005).
[CrossRef]

White, A. E.

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Wong, C. W.

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Xu, Q.

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Yariv, A.

Yasaitis, J.

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. Cannon, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, and J. Yasaitis, "High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform," Appl. Phys. Lett. 87, 103501 (2005).
[CrossRef]

Y. Shani, C. H. Henry, R. C. Kistler, R. F. Kazarinov, and K. J. Orlowsky, "Integrated optic adiabatic polarization splitter on silicon," Appl. Phys. Lett. 56, 120 (1990).
[CrossRef]

P. Karminow and L. W. Stulz, "Loss in cleaved Ti-diffused LiNbO3 waveguides," Appl. Phys. Lett. 33, 62 (1978)
[CrossRef]

Nature

Q. Xu, B. Schmidt, S. Pradhan, and M. Lipson, "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator," Nature 435, 325-327 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Nature Photon.

R. Kirchain and L. C. Kimerling, "A roadmap for nanophotonics," Nature Photon. 1, 303-305 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

N-N Feng, R. Sun, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Lossless strip-to-slot waveguide transformer," Opt. Lett. 32, 1250 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

M. R. Watts and H. A. Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators," Opt. Lett. 29, 138 (2005).
[CrossRef]

Proc. SPIE

M. Beals, J. Michel, J. Liu, D. Ahn, D. K. Sparacin, R. Sun, C-Y Hong, L. C. Kimerling, A. Pomerene, D. Carothers, J. Beattie, A. Kopa, A. Apsel, M. S. Rasras, D. M. Gill, S. S. Patel, K. Y. Tu, Y-K Chen, and A. E. White, "Process Flow Innovations for Photonic Device Integration in CMOS," Proc. SPIE 6898, 689804 (2008).
[CrossRef]

D. F. G. Gallagher and T. P. Felici, "Eigenmode expansion methods for simulation of optical propagation in photonics: Pros and cons," Proc. SPIE 4987, 69-82 (2003).
[CrossRef]

L. C. Kimerling, D. Ahn, A. B. Apsel, M. Beals, D. Carothers, Y-K. Chen, T. Conway, D. M. Gill, M. Grove, C-Y Hong, M. Lipson, J. Liu, J. Michel, D. Pan, S. S. Patel, A. T. Pomerene, M. Rasras, D. K. Sparacin, K-Y. Tu, A. E. White, and C. W. Wong, "Electronic-photonic integrated circuits on the CMOS platform," Proc. SPIE 6125, 612502 (2006).
[CrossRef]

Other

B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics (P266, John Wiley & Sons, Inc., 1991).
[CrossRef]

H. A. Haus, Wave and Fields in Optoelectronics (P218, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1984).

D. K. Sparacin, R. Sun, A. Agarwal, M. Beals, J. Michel, L. C. Kimerling, T. Conway, A. Pomerene, D. Carothers, M. Grove, D. M. Gill, M. S. Rasras, S. S. Patel, and A. E. White, "Low-loss amorphous silicon channel waveguides for integrated photonics," Proceedings of 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics, 255-257, 2006.

J. Liu, D. Pan, S. Jongthammanurak, D. Ahn, C-Y Hong, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, "Waveguide-Integrated Ge p-i-n Photodetectors on SOI Platform," 3rd IEEE International Conference on Group IV Photonics,2006, 173

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic representation of the vertical coupler, consisting of a SOI and a-Si waveguide: (a) 3D view; (b) top view; and (c) side view of the vertical coupler with finite tip width (wt).

Fig. 2.
Fig. 2.

The effective index profiles in a vertical coupler of SOI and a-Si. The cross-over points indicate at which position optical impedance matching between SOI and a-Si waveguides is achieved. The horizontal dashed and dotted lines represent untapered a-Si and SOI waveguides, respectively.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Mode coupling inside a vertical coupler (L = 60 μm, wt of 200 nm) with different a-Si refractive indices. White dotted rectangles highlight the cross section of the vertical coupler. (b) the corresponding coupling loss as a function of the a-Si refractive index. The SOI index is fixed at 3.5.

Fig. 4.
Fig. 4.

Coupling efficiency for various taper tip widths (wt ) as a function of coupler length. The refractive index of the a-Si taper is fixed at 3.6.

Fig. 5
Fig. 5

(a) We estimate waveguide transmission loss by integrating sidewall roughness scattering and bulk absorption loss along taper structures; (b) corresponding mathematical formula, where li is the unit length at wi , Γ i aSi is the confinement factor for a-Si at wi , α i SOI and α i aSi are the sidewall scattering loss coefficients for SOI and a-Si at wi , α bulk aSi is the bulk absorption coefficient for a-Si. While α i and Γ i is a function of wi, α bulk is constant for a-Si. Here, we assume SOI silicon does not have bulk absorption at 1550 nm, α bulk SOI = 0.

Fig. 6.
Fig. 6.

Device application example for a tapered vertical coupler. (a) Schematic representation of a butt-coupled GeSi photodetector integrated with a vertical coupler of L = 45 μm, wt = 250 nm. (b) Detector responsivity comparison showing improved broadband detection using the inverse taper vertical coupler design as oppose to regular vertical directional coupler design. Figures are reproduced with permission.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Measured total coupling loss, α(C), and simulated transmission loss, α(T), for the 9 different vertical couplers, e.g. α 30 is the loss coefficient for 30 μm long coupler. The loss is given in dB.

Metrics