Fotoniska integrerade kretsar (PIC) materialsystem
Kiselfotonik är en disciplin som använder plana strukturer baserade på kiselmaterial för att rikta ljus för att uppnå en mängd olika funktioner. Vi fokuserar här på tillämpningen av kiselfotonik för att skapa sändare och mottagare för fiberoptisk kommunikation. När behovet av att lägga till mer överföring vid en given bandbredd, ett givet fotavtryck och en given kostnad ökar, blir kiselfotoniken mer ekonomiskt sund. För den optiska delen,fotonisk integrationsteknikmåste användas, och de flesta koherenta transceivrar idag är byggda med hjälp av separata LiNbO3/planar ljusvågskrets (PLC) modulatorer och InP/PLC-mottagare.
Figur 1: Visar vanliga fotoniska integrerade kretsar (PIC) materialsystem.
Figur 1 visar de mest populära PIC-materialsystemen. Från vänster till höger är kiselbaserad kiseldioxid PIC (även känd som PLC), kiselbaserad isolator PIC (kiselfotonik), litiumniobat (LiNbO3) och III-V grupp PIC, såsom InP och GaAs. Denna artikel fokuserar på kiselbaserad fotonik. Ikiselfotonik, färdas ljussignalen huvudsakligen i kisel, som har ett indirekt bandgap på 1,12 elektronvolt (med en våglängd på 1,1 mikron). Kisel odlas i form av rena kristaller i ugnar och skärs sedan till wafers, som idag typiskt sett är 300 mm i diameter. Skivans yta oxideras för att bilda ett kiseldioxidskikt. En av skivorna bombarderas med väteatomer till ett visst djup. De två skivorna smälts sedan samman i ett vakuum och deras oxidskikt binder till varandra. Monteringen går sönder längs vätejonimplantationslinjen. Kisellagret vid sprickan poleras sedan, vilket så småningom lämnar ett tunt lager av kristallint Si på toppen av den intakta kisel "handtag"-skivan ovanpå kiselskiktet. Vågledare bildas av detta tunna kristallina skikt. Även om dessa kiselbaserade isolatorskivor (SOI) gör vågledare av kiselfotonik med låg förlust möjliga, är de faktiskt vanligare i CMOS-kretsar med låg effekt på grund av den låga läckström de tillhandahåller.
Det finns många möjliga former av kiselbaserade optiska vågledare, som visas i figur 2. De sträcker sig från mikroskala germaniumdopade kiselvågledare till nanoskala Silicon Wire-vågledare. Genom att blanda germanium går det att görafotodetektoreroch elektrisk absorptionmodulatorer, och möjligen även optiska förstärkare. Genom att dopa kisel, enoptisk modulatorkan göras. Nederst från vänster till höger är: kiseltrådvågledare, kiselnitridvågledare, kiseloxinitridvågledare, tjock kiselryggvågledare, tunn kiselnitridvågledare och dopad kiselvågledare. Överst, från vänster till höger, finns utarmningsmodulatorer, germaniumfotodetektorer och germaniumoptiska förstärkare.
Figur 2: Tvärsnitt av en kiselbaserad optisk vågledarserie, som visar typiska utbredningsförluster och brytningsindex.
Posttid: 15 juli 2024