Sistem de materiale cu circuit integrat fotonic (PIC)

Sistem de materiale cu circuit integrat fotonic (PIC)

Fotonica de siliciu este o disciplină care folosește structuri plane bazate pe materiale de siliciu pentru a lumina lumina directă pentru a obține o varietate de funcții. Ne concentrăm aici pe aplicarea fotonicii de siliciu în crearea de emițători și receptoare pentru comunicații cu fibră optică. Deoarece necesitatea de a adăuga mai multă transmisie la o lățime de bandă dată, o amprentă dată și un cost dat crește, fotonica de siliciu devine mai solidă din punct de vedere economic. Pentru partea optică,Tehnologia de integrare fotonicăTrebuie să fie utilizate, iar majoritatea transceiver-urilor coerente sunt construite astăzi folosind modulatoare Linbo3/ Planar Wave Circuit (PLC) și receptoare INP/ PLC.

Figura 1: prezintă sisteme de materiale integrate fotonice utilizate în mod obișnuit (PIC).

Figura 1 prezintă cele mai populare sisteme de materiale PIC. De la stânga la dreapta sunt PIC de siliciu pe bază de siliciu (cunoscută și sub numele de PLC), PIC de izolator pe bază de siliciu (fotonică 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. ÎnFotonică de siliciu, semnalul luminos călătorește în principal în siliciu, care are un decalaj indirect de bandă de 1,12 volți de electroni (cu o lungime de undă de 1,1 microni). Siliciul este cultivat sub formă de cristale pure în cuptoare și apoi tăiate în napolitane, care astăzi au de obicei 300 mm în diametru. Suprafața de placă este oxidată pentru a forma un strat de silice. Una dintre napolitane este bombardată cu atomi de hidrogen la o anumită adâncime. Cele două napolitane sunt apoi topite într -un vid, iar straturile lor de oxid se leagă între ele. Ansamblul se rupe de -a lungul liniei de implantare a ionului de hidrogen. Stratul de siliciu de la fisură este apoi lustruit, lăsând în cele din urmă un strat subțire de Si cristalin deasupra plafonului „mâner” de siliciu intact deasupra stratului de silice. Ghidurile de undă sunt formate din acest strat cristalin subțire. În timp ce aceste napolitane de izolatoare (SOI) pe bază de siliciu fac posibile ghiduri de undă de siliciu cu pierdere scăzută, ele sunt de fapt mai frecvent utilizate în circuitele CMOS cu 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 germanium la microscop până la ghiduri de undă de sârmă de siliciu nano-scală. Amestecând germanium, este posibil să se facăfotodetectoareși absorbție electricăModulatoareși, eventual, chiar amplificatoare optice. Prin doparea siliciului, unModulator opticpoate fi făcut. Partea inferioară de la stânga la dreapta sunt: ​​ghid de undă cu siliciu, ghid de undă cu nitru de siliciu, ghid de undă de oxinitru de siliciu, ghid de undă de siliciu gros, ghid de undă de nitru de siliciu subțire și ghid de undă de siliciu dopat. În partea de sus, de la stânga la dreapta, sunt modulatori de epuizare, fotodetectoare de germaniu și germaniuAmplificatoare optice.

Figura 2: Secțiunea transversală a unei serii de ghiduri de undă bazate pe siliciu, care prezintă pierderi tipice de propagare și indici de refracție.