Sistem de materiale cu circuit integrat fotonic (PIC).

Sistem de materiale cu circuit integrat fotonic (PIC).

Fotonica cu siliciu este o disciplină care utilizează structuri plane bazate pe materiale de siliciu pentru a direcționa lumina pentru a realiza o varietate de funcții. Ne concentrăm aici pe aplicarea fotonicii cu siliciu în crearea emițătorilor și receptoarelor pentru comunicații prin fibră optică. Pe măsură ce necesitatea de a adăuga mai multă transmisie la o lățime de bandă dată, o amprentă dată și un anumit cost crește, fotonica cu siliciu devine mai solidă din punct de vedere economic. Pentru partea optică,tehnologie de integrare fotonicătrebuie utilizate, iar cele mai multe transceiver-uri coerente de astăzi sunt construite folosind modulatoare separate LiNbO3/circuit cu undă luminoasă plană (PLC) și receptoare InP/PLC.

Figura 1: Prezintă sisteme de materiale de circuit integrat fotonic (PIC) utilizate în mod obișnuit.

Figura 1 prezintă cele mai populare sisteme de materiale PIC. De la stânga la dreapta sunt PIC de siliciu pe bază de siliciu (cunoscut și ca PLC), PIC izolator pe bază de siliciu (fotonica de siliciu), niobat de litiu (LiNbO3) și PIC de grup III-V, cum ar fi InP și GaAs. Această lucrare se concentrează pe fotonica pe bază de siliciu. Înfotonica cu siliciu, semnalul luminos se deplasează în principal în siliciu, care are o bandă interzisă indirectă de 1,12 electroni volți (cu o lungime de undă de 1,1 microni). Siliciul este crescut sub formă de cristale pure în cuptoare și apoi tăiat în plachete, care astăzi au de obicei 300 mm în diametru. Suprafața plachetei este oxidată pentru a forma un strat de silice. Una dintre plachete este bombardată cu atomi de hidrogen până la o anumită adâncime. Cele două plachete sunt apoi topite în vid și straturile lor de oxid se leagă între ele. Ansamblul se rupe de-a lungul liniei de implantare a ionilor de hidrogen. Stratul de siliciu de la crăpătură este apoi lustruit, lăsând în cele din urmă un strat subțire de Si cristalin deasupra plachetei intacte cu „mâner” de siliciu deasupra stratului de silice. Din acest strat cristalin subțire se formează ghidaje de undă. În timp ce aceste plăci izolatoare pe bază de siliciu (SOI) fac posibile ghiduri de undă fotonice cu siliciu cu pierderi reduse, ele sunt de fapt mai frecvent utilizate în circuitele CMOS de putere redusă din cauza curentului de scurgere scăzut pe care îl oferă.

Există multe forme posibile de ghiduri de undă optice pe bază de siliciu, așa cum se arată în Figura 2. Acestea variază de la ghiduri de undă de silice dopate cu germaniu la scară nanometrică până la ghiduri de undă de sârmă de siliciu la scară nanometrică. Prin amestecarea germaniului, este posibil să se facăfotodetectoareși absorbția electricămodulatori, și eventual chiar amplificatoare optice. Prin doparea siliciului, anmodulator opticse poate face. Partea de jos de la stânga la dreapta sunt: ​​ghid de undă de sârmă de siliciu, ghid de undă de nitrură de siliciu, ghid de undă de oxinitrură de siliciu, ghid de undă de nitrură de siliciu subțire și ghid de undă de siliciu dopat. În partea de sus, de la stânga la dreapta, sunt modulatorii de epuizare, fotodetectoarele cu germaniu și germaniuamplificatoare optice.

Figura 2: Secțiune transversală a unei serii de ghiduri de undă optice pe bază de siliciu, care arată pierderile tipice de propagare și indici de refracție.