الضوء يدخل من الأعلى عمودياً سريع
يسقط شعاع الليزر على الرقاقة عمودياً، مثل سهم يصيب الهدف. الشبكات العادية في هذا الوضع تفقد نصف الضوء: فهو يتشتت في الاتجاهين، مثل حشد يتدفق من بابين مفتوحين. التصميم الجديد يجعل الضوء يتجه يساراً فقط، نحو الدليل الموجي المطلوب.
السر هو أن أشرطة الشبكة غير متماثلة — جدار واحد من كل شريط أطول قليلاً من الآخر. هذا مثل ستائر معدنية مائلة: من الخارج تسمح بمرور النظر، ومن الداخل تكاد لا تسمح. وهكذا الضوء: يدخل بحرية من الأعلى، ولا يمكنه العودة أو الانحراف جانباً.
صنع هذه الشبكة بسيط: تُحفر رقاقة السيليكون مرة واحدة، دون طبقات إضافية. في المحاكاة، بلغت كفاءة إدخال الضوء من الألياف البصرية القياسية 41% عند السقوط العمودي، وتجاوز الفرق بين الاتجاه المطلوب وغير المطلوب 10 ديسيبل. وأكدت التجربة: أحادية الاتجاه 12.8 ديسيبل، وفقدان 8.35 ديسيبل عند طول موجة 1528 نانومتر.
هذه الشبكة لبنة جاهزة للدوائر الهجينة، حيث يوضع الليزر مباشرة فوق الرقاقة. وهذا سيسرع تجميع أجهزة الإرسال الضوئية، والليدار، وأجهزة الاستشعار. الضوء يدخل من الأعلى عمودياً — ويبقى داخل الرقاقة.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.23394
We propose a novel bio-inspired design principle for the perfectly vertical grating coupler. The main idea of our design is to introduce anisotropy to the grating stripe to direct the light to one side of the grating. This grating design is easy to manufacture, only requiring a single etching step, and it is designed to efficiently couple vertically incident light. This makes it a good candidate for heterogeneous integration of light sources, especially VCSELs, on chip for applications in classical and quantum communications, LIDARs, sensing systems, and others. The grating coupler was designed for the SOI material platform with a central wavelength of 1550 nm. We obtained the efficiency of in-coupling from the SMF-28 fiber of 41% at vertical incidence and unidirectionality of over 10 dB, with a bandwidth of 50 nm at a 1 dB level in simulation. Experimental measurements confirmed unidirectionality, with observed unidirectionality of 12.80+-0.02 dB and a single-coupler insertion loss of 8.35+-0.02 dB around 1528 nm.
طول الموجة 1550 نانومتر هو نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير المرئي للعين، ولكنه مثالي للألياف البصرية: في الزجاج عند هذا الطول الموجي، يتلاشى الضوء بأقل قدر.