Element aktywny fotoniki silikonowej
Aktywne komponenty fotoniczne odnoszą się specjalnie do celowo zaprojektowanych dynamicznych interakcji między światłem a materią. Typowym aktywnym składnikiem fotoniki jest modulator optyczny. Wszystkie obecne krzemowemodulatory optycznesą oparte na efekcie przewoźnika wolnego od osocza. Zmiana liczby wolnych elektronów i otworów w materiale krzemowym za pomocą domieszkowania metody elektryczne lub optyczne może zmienić jego złożony współczynnik załamania światła, proces pokazany w równaniach (1,2) uzyskany przez dopasowanie danych z SOREF i Bennetta o długości fali 1550 nanometrów. W porównaniu z elektronami otwory powodują większy odsetek rzeczywistych i wyobrażonych zmian współczynnika załamania światła, to znaczy mogą wytworzyć większą zmianę fazową dla danej zmiany straty, więc wMach-Zehnder modulatoryi modulatory pierścieniowe, zwykle preferowane jest użycie otworów do wykonaniamodulatory fazowe.
RóżneModulator krzemu (SI)Typy pokazano na rycinie 10a. W modulatorze wtrysku nośnika światło znajduje się w wewnętrznym krzemie w bardzo szerokim połączeniu pinowym, a elektron i otwory są wstrzykiwane. Jednak takie modulatory są wolniejsze, zazwyczaj z szerokością pasma 500 MHz, ponieważ rekombinacja wolne elektrony i otwory trwają dłużej po wstrzyknięciu. Dlatego ta struktura jest często używana jako zmienny tłumik optyczny (VOA), a nie modulator. W modulatorze zubożenia nośnika część światła znajduje się w wąskim połączeniu PN, a szerokość zubożenia połączenia PN jest zmieniana przez zastosowane pole elektryczne. Ten modulator może działać z prędkością przekraczającą 50 GB/s, ale ma wysoką utratę wstawienia tła. Typowy VPIL to 2 V-CM. Modulator półprzewodnika (MOS) (MOS) (właściwie półprzewodnikowo-semiconductor) zawiera cienką warstwę tlenku w połączeniu PN. Pozwala na akumulację nośnika, a także wyczerpanie nośnika, umożliwiając mniejszy Vπl około 0,2 V-CM, ale ma wadę wyższych strat optycznych i wyższej pojemności na jednostkę długości. Ponadto istnieją modulatory absorpcji elektrycznej SIGE oparte na ruchu pasmowego pasmowego SIGE (Silicon German Alloy). Ponadto istnieją modulatory grafenowe, które opierają się na grafenie w celu przełączania między metaliami absorbującymi a przezroczystych izolatorami. Pokazują one różnorodność zastosowań różnych mechanizmów w celu uzyskania szybkiej modulacji sygnału optycznego o niskiej porażce.
Rycina 10: (a) Schemat przekroju różnych projektów modulatorów optycznych na bazie krzemu oraz (b) schemat przekroju projektów detektora optycznego.
Kilka detektorów światła na bazie krzemu pokazano na rycinie 10b. Materiał pochłaniający to german (GE). GE jest w stanie wchłonąć światło o długości fali do około 1,6 mikronów. Pokazano dziś po lewej stronie najbardziej udanej w handlu. Składa się z nakręconego krzemu typu p, na którym rośnie GE. GE i SI mają 4% niedopasowanie sieci, a aby zminimalizować zwichnięcie, cienka warstwa SIGE jest najpierw uprawiana jako warstwa buforowa. Doping typu N jest wykonywany na górze warstwy GE. Fotodioda metal-semiconductor-metal (MSM) pokazano na środku i APD (Fotodetektor lawinowy) jest pokazany po prawej stronie. Region lawinowy w APD znajduje się w SI, który ma niższe charakterystyki hałasu w porównaniu z regionem lawinowym w materiałach elementarnych grupy III-V.
Obecnie nie ma żadnych rozwiązań z oczywistymi zaletami w integracji wzmocnienia optycznego z fotoniką krzemową. Rysunek 11 pokazuje kilka możliwych opcji zorganizowanych według poziomu montażu. Po lewej stronie znajdują się integracje monolityczne, które obejmują stosowanie epitaksyjnie uprawianego germanu (GE) jako optycznego materiału wzmocnienia, szklanych (ER) oszałamiających (ER) (takich jak AL2O3, które wymagają pompowania optycznego) oraz epitaksyjnie uprawiana galu arsenid (GAAS). Następna kolumna to wafel do wafla, obejmujący wiązanie tlenkowe i organiczne w regionie wzmocnienia grupy III-V. Następna kolumna to zespół Chip-to Wafer, który obejmuje osadzenie układu grupy III-V w jamę płytki krzemu, a następnie obróbkę struktury falowodu. Zaletą tego pierwszego trzech kolumn jest to, że urządzenie może być w pełni funkcjonalne przetestowane wewnątrz opłatek przed cięciem. Prawa kolumna to zespół chip-to-chiP, w tym bezpośrednie sprzężenie chipsów krzemowych z układami grupy III-V, a także sprzężenie przez soczewki i łączniki siatki. Trend w kierunku zastosowań komercyjnych przesuwa się z prawej do lewej strony wykresu w kierunku bardziej zintegrowanych i zintegrowanych rozwiązań.
Rycina 11: Jak wzmocnienie optyczne jest zintegrowane z fotoniką na bazie krzemu. Gdy poruszasz się od lewej do prawej, punkt wstawienia produkcji stopniowo przesuwa się w tym procesie.
Czas po: 22-2024 lipca