Siliziumphotonik

Warum reagiert ein Silizium-Ringresonator nur auf Licht bestimmter Wellenlängen stark?

  1. AWeil das Ringmaterial so gewählt ist, dass seine Bandlücke nur Licht dieser Wellenlänge absorbiert
  2. BWeil Licht nur bei der Wellenlänge in den Ring gelangen kann, bei der der Ringradius genau gleich der Wellenlänge ist
  3. CWeil sich das umlaufende Licht bei Wellenlängen verstärkt, bei denen die optische Weglänge eines Umlaufs ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist
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Antwort: C. Weil sich das umlaufende Licht bei Wellenlängen verstärkt, bei denen die optische Weglänge eines Umlaufs ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist

Beim Ringresonator geht ein Teil des Lichts aus dem daneben verlaufenden Bus-Wellenleiter in den Ring über und läuft viele Male darin um. Bei Wellenlängen, bei denen die optische Länge eines Umlaufs (effektiver Brechungsindex × Umfang) ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist, stimmen die Phasen bei jedem Umlauf überein und das Licht verstärkt sich (Resonanz), sodass das durch den Bus-Wellenleiter laufende Licht nur bei dieser Wellenlänge stark einbricht. Diese Eigenschaft nutzt man für Filter, die bestimmte Wellenlängen herausgreifen, und für kompakte Modulatoren, deren Resonanzwellenlänge elektrisch verschoben wird. Es gibt mehrere diskrete Resonanzwellenlängen, und es werden Ringe mit Radien von wenigen µm bis einigen zehn µm verwendet.

Ringresonator und Transmissionsspektrum Ringresonator Umfang L Eingang Durchgang Bus-Wellenleiter Resonanz, wenn Umlauflänge ganzz. Vielfaches von λ Transm. Wellenlänge FSR Einbruch bei Resonanzwellenlänge kürzerer Umfang → größerer FSR FSR ≈ λ² ÷ (ng × L)
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