Silicon photonics unsur aktip

Silicon photonics unsur aktip

Komponén aktif Photonics ngarujuk sacara khusus kana interaksi dinamis anu ngahaja dirancang antara cahaya sareng zat. Komponén aktif khas tina photonics nyaéta modulator optik. Sadayana dumasar kana silikon ayeunamodulators optikdumasar kana pangaruh pamawa bébas plasma. Ngarobah jumlah éléktron bébas jeung liang dina bahan silikon ku doping, métode listrik atawa optik bisa ngarobah indéks réfraktif kompléks na, prosés ditémbongkeun dina persamaan (1,2) diala ku pas data ti Soref na Bennett dina panjang gelombang 1550 nanométer. . Dibandingkeun jeung éléktron, liang ngabalukarkeun saimbang gedé tina parobahan indéks réfraktif nyata jeung imajinér, nyaeta, maranéhna bisa ngahasilkeun parobahan fase nu leuwih gede pikeun robah leungitna dibikeun, jadi dinamodulators Mach-Zehndersarta modulators ring, eta biasana leuwih sering dipake tinimbang make liang pikeun nyieunmodulators fase.

Rupa-rupasilikon (Si) modulatorjenis ditémbongkeun dina Gambar 10A. Dina modulator suntikan pamawa, cahaya aya dina silikon intrinsik dina simpang pin anu lega pisan, sareng éléktron sareng liang disuntikkeun. Sanajan kitu, modulators sapertos anu leuwih laun, ilaharna ku rubakpita 500 MHz, sabab éléktron bébas jeung liang butuh waktu leuwih lila pikeun ngagabungkeun deui sanggeus suntik. Ku alatan éta, struktur ieu mindeng dipaké salaku attenuator optik variabel (VOA) tinimbang modulator a. Dina modulator depletion pamawa, bagian lampu ayana dina simpang pn sempit, sarta rubak depletion tina simpang pn dirobah ku hiji médan listrik dilarapkeun. modulator Ieu bisa beroperasi dina speeds leuwih ti 50Gb / s, tapi ngabogaan leungitna sisipan tukang tinggi. Vpil has nyaéta 2 V-cm. A logam oksida semikonduktor (MOS) (sabenerna semikonduktor-oksida-semikonduktor) modulator ngandung hiji lapisan oksida ipis dina simpang pn. Hal ieu ngamungkinkeun sababaraha akumulasi carrier ogé depletion carrier, sahingga hiji VπL leutik ngeunaan 0,2 V-cm, tapi boga disadvantage karugian optik luhur jeung kapasitansi luhur per unit panjang. Salaku tambahan, aya modulator nyerep listrik SiGe dumasar kana gerakan ujung pita SiGe (alloy silikon Germanium). Salaku tambahan, aya modulator graphene anu ngandelkeun graphene pikeun pindah antara nyerep logam sareng insulator transparan. Ieu nunjukkeun karagaman aplikasi mékanisme anu béda pikeun ngahontal modulasi sinyal optik anu gancang-gancang, leungitna low.

Gambar 10: (A) diagram cross-sectional rupa-rupa desain modulator optik basis silikon jeung (B) diagram cross-sectional desain detektor optik.

Sababaraha detéktor cahaya dumasar silikon dipidangkeun dina Gambar 10B. Bahan nyerep nyaéta germanium (Ge). Ge bisa nyerep cahaya dina panjang gelombang nepi ka kira-kira 1,6 mikron. Ditémbongkeun di kénca nyaéta struktur pin tersukses komersil kiwari. Ieu diwangun ku P-tipe doped silikon on nu ge tumuwuh. Ge jeung Si boga 4% mismatch kisi, sarta guna ngaleutikan dislocation nu, lapisan ipis SiGe munggaran tumuwuh salaku lapisan panyangga. N-tipe doping dipigawé dina luhureun lapisan Ge. Fotodioda logam-semikonduktor-logam (MSM) dipidangkeun di tengah, sareng APD (longsoran Photodetector) ditémbongkeun di katuhu. Wewengkon longsoran di APD aya di Si, anu gaduh ciri sora anu langkung handap dibandingkeun sareng wilayah longsoran dina bahan unsur Grup III-V.

Ayeuna, teu aya solusi anu gaduh kaunggulan anu jelas dina ngahijikeun gain optik sareng fotonik silikon. angka 11 nembongkeun sababaraha pilihan mungkin diatur ku tingkat assembly. Di belah kénca kénca aya integrasi monolitik anu ngawengku pamakéan germanium (Ge) anu tumuwuh sacara épitaksi salaku bahan gain optik, pandu gelombang kaca erbium-doped (Er) (sapertos Al2O3, anu merlukeun pompa optik), sarta gallium arsenide anu tumuwuh sacara épitaksi (GaAs). ) titik-titik kuantum. Kolom salajengna nyaéta wafer kana wafer assembly, ngalibetkeun oksida jeung beungkeutan organik dina wewengkon gain group III-V. Kolom salajengna nyaéta rakitan chip-to-wafer, anu ngalibatkeun nyelapkeun chip grup III-V kana rongga wafer silikon sareng teras mesin struktur waveguide. Kauntungannana pendekatan tilu kolom kahiji ieu alat nu bisa pinuh fungsi diuji di jero wafer saméméh motong. Kolom anu paling katuhu nyaéta rakitan chip-to-chip, kalebet gandeng langsung tina chip silikon ka chip grup III-V, ogé gandeng via lénsa sareng gandeng grating. Trend ka arah aplikasi komérsial pindah ti katuhu ka sisi kénca bagan nuju solusi leuwih terpadu jeung terpadu.

Gambar 11: Kumaha gain optik terpadu kana photonics basis silikon. Nalika anjeun ngalih ti kénca ka katuhu, titik sisipan manufaktur laun-laun ngalih deui dina prosésna.