論文の概要: Ultracompact Inverse-Designed Silicon-on-Insulator Couplers with Sub-Decibel Coupling Efficiency

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.15622v1
• Date: Fri, 17 Oct 2025 13:07:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:38.716466
• Title: Ultracompact Inverse-Designed Silicon-on-Insulator Couplers with Sub-Decibel Coupling Efficiency
• Title（参考訳）: サブデシベル結合効率を有する超コンパクト逆設計シリコンオン絶縁体結合器
• Authors: Shiang-Yu Huang, Jonas Zatsch, Tim Engling, Jeldrik Huster, Stefanie Barz,
• Abstract要約: トポロジ最適化によるカップルの縮小は、高密度統合の需要に対処する。 これらの最適化されたカプラは、従来のカプラによって実証されたパフォーマンスレベルにはまだ達していない。 本研究では,ボトムリフレクタを組み込んだ一極化1Dと二極化2Dグレーティングカプラの設計にトポロジ最適化を適用した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fiber-to-chip couplers play a crucial role in interfacing on-chip photonic circuits with other optical systems or off-chip devices. Downsizing the couplers via topology optimization addresses the demand for high-density integration and improves the scalability of photonic integrated systems. However, these optimized couplers have yet to reach the performance level demonstrated by their conventional counterparts, leaving room for further improvement. In this work, we apply topology optimization to design single-polarization 1D and dual-polarization 2D grating couplers incorporating bottom reflectors and achieve sub-decibel coupling efficiency. Both types of couplers are fabricated on the silicon-on-insulator platform with dimensions of mere 14 $\mu$m $\times$ 14 $\mu$m and are compatible with standard single-mode fibers at normal incidence. From our experimental characterization, the measured peak coupling efficiency of the topology-optimized 1D and 2D couplers is -0.92(1) dB and -0.86(13) dB, respectively, within the telecom C-band. Our demonstration provides a coupling solution for photonic applications requiring high efficiency and high-density integration, such as spatial division multiplexing and photonic quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: ファイバ・ツー・チップ・カプラは、他の光学系やオフチップデバイスとオン・チップ・フォトニック・サーキットの相互接続において重要な役割を担っている。 トポロジ最適化によるカプラの縮小は、高密度統合の需要に対処し、フォトニック集積システムのスケーラビリティを向上させる。 しかし、これらの最適化されたカプラは従来の実装で実証された性能レベルに達しておらず、さらなる改善の余地を残している。 本研究では, ボトムリフレクタを組み込んだ単偏極1Dと双偏極2Dグレーティングカプラの設計に位相最適化を適用し, サブデシベル結合効率を実現する。 どちらのタイプのカプラも、わずか14$\mu$m $\times$14$\mu$mのシリコンオン絶縁体プラットフォームで製造されており、通常の入射時に標準のシングルモードファイバーと互換性がある。 実験により, トポロジー最適化した1Dと2Dのカップラのピークカップラ効率は, それぞれ-0.92(1) dBと-0.86(13) dBであった。 我々の実証は、空間分割多重化やフォトニック量子技術のような高効率で高密度な積分を必要とするフォトニックアプリケーションのためのカップリングソリューションを提供する。

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