System materiałów fotonicznych układów scalonych (PIC)
Fotonika krzemowa to dziedzina wykorzystująca płaskie struktury oparte na materiałach krzemowych do kierowania światła w celu realizacji różnorodnych funkcji. Koncentrujemy się tutaj na zastosowaniu fotoniki krzemowej w tworzeniu nadajników i odbiorników dla komunikacji światłowodowej. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na większą transmisję przy danej szerokości pasma, zajmowanej powierzchni i kosztach, fotonika krzemowa staje się bardziej ekonomiczna. W przypadku części optycznej,technologia integracji fotonicznejnależy stosować, a większość współczesnych transceiverów koherentnych jest budowana przy użyciu oddzielnych modulatorów LiNbO3/planarnego obwodu fal świetlnych (PLC) i odbiorników InP/PLC.
Rysunek 1: Przedstawia powszechnie stosowane materiały układów scalonych fotonowych (PIC).
Rysunek 1 przedstawia najpopularniejsze systemy fotoniczne (PIC). Od lewej do prawej: krzemionkowe PIC (znane również jako PLC), izolatory krzemowe PIC (fotonika krzemowa), niobian litu (LiNbO3) oraz PIC grupy III-V, takie jak InP i GaAs. Niniejszy artykuł koncentruje się na fotonice krzemowej.fotonika krzemowa, sygnał świetlny przemieszcza się głównie w krzemie, który ma pośrednią przerwę pasmową wynoszącą 1,12 elektronowoltów (o długości fali 1,1 mikrometra). Krzem jest hodowany w postaci czystych kryształów w piecach, a następnie cięty na płytki, które obecnie mają zazwyczaj średnicę 300 mm. Powierzchnia płytki jest utleniana, tworząc warstwę krzemionki. Jedna z płytek jest bombardowana atomami wodoru do określonej głębokości. Dwie płytki są następnie łączone w próżni, a ich warstwy tlenkowe wiążą się ze sobą. Zespół pęka wzdłuż linii implantacji jonów wodorowych. Warstwa krzemu w miejscu pęknięcia jest następnie polerowana, ostatecznie pozostawiając cienką warstwę krystalicznego Si na wierzchu nienaruszonego krzemowego wafla „uchwytowego” na wierzchu warstwy krzemionki. Z tej cienkiej warstwy krystalicznej powstają falowody. Chociaż te płytki izolacyjne na bazie krzemu (SOI) umożliwiają produkcję niskostratnych światłowodów fotonicznych w krzemie, w rzeczywistości są częściej stosowane w obwodach CMOS o małej mocy ze względu na niski prąd upływu, jaki wytwarzają.
Istnieje wiele możliwych form światłowodów na bazie krzemu, jak pokazano na rysunku 2. Rozciągają się one od mikroskalowych falowodów krzemionkowych domieszkowanych germanem do nanoskalowych falowodów z drutu krzemowego. Poprzez domieszkowanie germanu możliwe jestfotodetektoryi absorpcji elektrycznejmodulatory, a być może nawet wzmacniacze optyczne. Domieszkowanie krzemu powoduje,modulator optycznyMożna wykonać. Na dole, od lewej do prawej, znajdują się: falowód z drutu krzemowego, falowód z azotku krzemu, falowód z tlenoazotku krzemu, falowód z grubego krzemu, falowód z cienkiego azotku krzemu i falowód z domieszkowanego krzemu. Na górze, od lewej do prawej, znajdują się modulatory zubożone, fotodetektory germanowe i germanowe.wzmacniacze optyczne.
Rysunek 2: Przekrój poprzeczny szeregu światłowodów na bazie krzemu, pokazujący typowe straty propagacyjne i współczynniki załamania światła.
Czas publikacji: 15 lipca 2024 r.