Sistem bahan sirkuit terpadu fotonik (PIC)

Sistem bahan sirkuit terpadu fotonik (PIC)

Fotonik silikon nyaéta hiji disiplin anu ngagunakeun struktur planar dumasar kana bahan silikon pikeun ngarahkeun cahaya pikeun ngahontal rupa-rupa fungsi. Di dieu urang fokus kana aplikasi fotonik silikon dina nyiptakeun pemancar sareng panarima pikeun komunikasi serat optik. Kusabab kabutuhan pikeun nambihan langkung seueur transmisi dina bandwidth anu ditangtukeun, tapak suku anu ditangtukeun, sareng biaya anu ditangtukeun ningkat, fotonik silikon janten langkung ekonomis. Pikeun bagian optik,téknologi integrasi fotonikkedah dianggo, sareng kaseueuran transceiver koheren ayeuna didamel nganggo modulator LiNbO3/sirkuit gelombang cahaya planar (PLC) sareng panarima InP/PLC anu misah.

Gambar 1: Némbongkeun sistem bahan sirkuit terpadu fotonik (PIC) anu umum dianggo.

Gambar 1 nunjukkeun sistem bahan PIC anu paling populér. Ti kénca ka katuhu nyaéta PIC silika basis silikon (ogé katelah PLC), PIC insulator basis silikon (fotonik silikon), litium niobate (LiNbO3), sareng PIC gugus III-V, sapertos InP sareng GaAs. Makalah ieu museur kana fotonik basis silikon. Dinafotonik silikon, sinyal cahaya utamina ngarambat dina silikon, anu gaduh celah pita teu langsung 1,12 éléktron volt (kalayan panjang gelombang 1,1 mikron). Silikon dipelak dina bentuk kristal murni dina tungku teras dipotong janten wafer, anu ayeuna biasana diaméterna 300 mm. Beungeut wafer dioksidasi pikeun ngabentuk lapisan silika. Salah sahiji wafer dibombardir ku atom hidrogén dugi ka jerona anu tangtu. Dua wafer teras ngahiji dina vakum sareng lapisan oksidana ngabeungkeut silih. Rakitan pegat sapanjang garis implantasi ion hidrogén. Lapisan silikon dina retakan teras dipoles, pamustunganana nyésakeun lapisan ipis Si kristalin di luhur wafer "gagang" silikon anu utuh di luhur lapisan silika. Waveguides kabentuk tina lapisan kristalin ipis ieu. Sanaos wafer insulator (SOI) berbasis silikon ieu ngamungkinkeun waveguides fotonik silikon anu rugi rendah, éta sabenerna langkung umum dianggo dina sirkuit CMOS daya rendah kusabab arus bocor anu disayogikeun.

Aya seueur kamungkinan bentuk pandu gelombang optik berbasis silikon, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2. Éta mimitian ti pandu gelombang silika anu didoping germanium skala mikro dugi ka pandu gelombang Kawat Silikon skala nano. Ku cara nyampur germanium, dimungkinkeun pikeun ngadamelpotodetéktorjeung panyerepan listrikmodulator, sareng kamungkinan ogé amplifier optik. Ku cara ngadoping silikon, hijimodulator optikbisa dijieun. Handap ti kénca ka katuhu nyaéta: pandu gelombang kawat silikon, pandu gelombang silikon nitrida, pandu gelombang silikon oksinitrida, pandu gelombang bubungan silikon kandel, pandu gelombang silikon nitrida ipis sareng pandu gelombang silikon anu didoping. Di luhur, ti kénca ka katuhu, aya modulator deplesi, fotodetektor germanium, sareng germaniumamplifier optik.

Gambar 2: Penampang runtuyan pandu gelombang optik basis silikon, nunembongkeun karugian rambatan has sareng indéks bias.