Photonics (May 2024)
Integrated Photonic Passive Building Blocks on Silicon-on-Insulator Platform
- Francesco Amanti,
- Greta Andrini,
- Fabrizio Armani,
- Fabrizio Barbato,
- Vittorio Bellani,
- Vincenzo Bonaiuto,
- Simone Cammarata,
- Matteo Campostrini,
- Thu Ha Dao,
- Fabio De Matteis,
- Valeria Demontis,
- Simone Donati,
- Giovanni Di Giuseppe,
- Sviatoslav Ditalia Tchernij,
- Andrea Fontana,
- Jacopo Forneris,
- Luca Frontini,
- Roberto Gunnella,
- Simone Iadanza,
- Ali Emre Kaplan,
- Cosimo Lacava,
- Valentino Liberali,
- Leonardo Martini,
- Francesco Marzioni,
- Luca Morescalchi,
- Elena Pedreschi,
- Paolo Piergentili,
- Domenic Prete,
- Valentino Rigato,
- Carlo Roncolato,
- Francesco Rossella,
- Matteo Salvato,
- Fausto Sargeni,
- Jafar Shojaii,
- Franco Spinella,
- Alberto Stabile,
- Alessandra Toncelli,
- Valerio Vitali
Affiliations
- Francesco Amanti
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Greta Andrini
- Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, Politecnico di Torino, 10129 Torino, Italy
- Fabrizio Armani
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, 20133 Milano, Italy
- Fabrizio Barbato
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Vittorio Bellani
- Dipartimento di Fisica, Università di Pavia, 27100 Pavia, Italy
- Vincenzo Bonaiuto
- Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Simone Cammarata
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Matteo Campostrini
- Laboratori Nazionali di Legnaro, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, 35020 Legnaro, Italy
- Thu Ha Dao
- Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Fabio De Matteis
- Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Valeria Demontis
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
- Simone Donati
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Giovanni Di Giuseppe
- Scuola di Scienze e Tecnologie, Divisione di Fisica, Università di Camerino, 62032 Camerino, Italy
- Sviatoslav Ditalia Tchernij
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, 10125 Torino, Italy
- Andrea Fontana
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
- Jacopo Forneris
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, 10125 Torino, Italy
- Luca Frontini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, 20133 Milano, Italy
- Roberto Gunnella
- Scuola di Scienze e Tecnologie, Divisione di Fisica, Università di Camerino, 62032 Camerino, Italy
- Simone Iadanza
- Paul Scherrer Institute, 5232 Villigen, Switzerland
- Ali Emre Kaplan
- Optoelectronics Research Center, University of Southampton, Southampton SO17 1BJ, UK
- Cosimo Lacava
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
- Valentino Liberali
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, 20133 Milano, Italy
- Leonardo Martini
- Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università di Modena e Reggio Emilia, 41125 Modena, Italy
- Francesco Marzioni
- Scuola di Scienze e Tecnologie, Divisione di Fisica, Università di Camerino, 62032 Camerino, Italy
- Luca Morescalchi
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Elena Pedreschi
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Paolo Piergentili
- Scuola di Scienze e Tecnologie, Divisione di Fisica, Università di Camerino, 62032 Camerino, Italy
- Domenic Prete
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
- Valentino Rigato
- Laboratori Nazionali di Legnaro, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, 35020 Legnaro, Italy
- Carlo Roncolato
- Laboratori Nazionali di Legnaro, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, 35020 Legnaro, Italy
- Francesco Rossella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
- Matteo Salvato
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Fausto Sargeni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy
- Jafar Shojaii
- Space Technology and Industry Institute, Swinburne University of Technology, Hawthorn, VIC 3122, Australia
- Franco Spinella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Alberto Stabile
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, 20133 Milano, Italy
- Alessandra Toncelli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, 55100 Pisa, Italy
- Valerio Vitali
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
- DOI
- https://doi.org/10.3390/photonics11060494
- Journal volume & issue
-
Vol. 11,
no. 6
p. 494
Abstract
Integrated photonics on Silicon-On-Insulator (SOI) substrates is a well developed research field that has already significantly impacted various fields, such as quantum computing, micro sensing devices, biosensing, and high-rate communications. Although quite complex circuits can be made with such technology, everything is based on a few ’building blocks’ which are then combined to form more complex circuits. This review article provides a detailed examination of the state of the art of integrated photonic building blocks focusing on passive elements, covering fundamental principles and design methodologies. Key components discussed include waveguides, fiber-to-chip couplers, edges and gratings, phase shifters, splitters and switches (including y-branch, MMI, and directional couplers), as well as subwavelength grating structures and ring resonators. Additionally, this review addresses challenges and future prospects in advancing integrated photonic circuits on SOI platforms, focusing on scalability, power efficiency, and fabrication issues. The objective of this review is to equip researchers and engineers in the field with a comprehensive understanding of the current landscape and future trajectories of integrated photonic components on SOI substrates with a 220 nm thick device layer of intrinsic silicon.
Keywords
- silicon-on-insulator
- silicon photonics
- integrated photonic circuits
- optical interconnect
- semiconductor
- integrated waveguide devices