Photonic integrated circuit (PIC) material system

Photonic integrated circuit (PIC) material system

Ang Silicon photonics ay isang disiplina na gumagamit ng mga planar na istruktura batay sa mga materyales na silikon upang idirekta ang liwanag upang makamit ang iba't ibang mga function. Nakatuon kami dito sa aplikasyon ng mga silicon na photonic sa paglikha ng mga transmitter at receiver para sa mga komunikasyong fiber optic. Habang tumataas ang pangangailangang magdagdag ng higit pang transmission sa isang partikular na bandwidth, isang naibigay na footprint, at isang partikular na gastos, ang silicon photonics ay nagiging mas matipid. Para sa optical na bahagi,teknolohiya ng photonic integrationdapat gamitin, at karamihan sa mga magkakaugnay na transceiver ngayon ay binuo gamit ang magkahiwalay na LiNbO3/ planar light-wave circuit (PLC) modulators at InP/PLC receiver.

Figure 1: Ipinapakita ang mga karaniwang ginagamit na photonic integrated circuit (PIC) material system.

Ipinapakita ng Figure 1 ang pinakasikat na sistema ng materyal ng PIC. Mula kaliwa hanggang kanan ay silicon-based silica PIC (kilala rin bilang PLC), silicon-based insulator PIC (silicon photonics), lithium niobate (LiNbO3), at III-V group PIC, gaya ng InP at GaAs. Nakatuon ang papel na ito sa mga photonic na nakabatay sa silikon. Sasilikon na photonics, ang liwanag na signal ay pangunahing naglalakbay sa silikon, na may di-tuwirang band gap na 1.12 electron volts (na may wavelength na 1.1 microns). Ang silikon ay lumago sa anyo ng mga purong kristal sa mga hurno at pagkatapos ay pinuputol sa mga manipis, na ngayon ay karaniwang 300 mm ang lapad. Ang ibabaw ng wafer ay na-oxidized upang bumuo ng isang silica layer. Ang isa sa mga wafer ay binomba ng mga atomo ng hydrogen sa isang tiyak na lalim. Ang dalawang wafer ay pinagsama sa isang vacuum at ang kanilang mga layer ng oxide ay nagbubuklod sa isa't isa. Naputol ang pagpupulong kasama ang linya ng pagtatanim ng hydrogen ion. Ang silicon layer sa crack ay pagkatapos ay pinakintab, sa kalaunan ay nag-iiwan ng manipis na layer ng mala-kristal na Si sa ibabaw ng buo na silicon na "handle" na wafer sa ibabaw ng silica layer. Ang mga waveguides ay nabuo mula sa manipis na mala-kristal na layer na ito. Bagama't ginagawa ng mga wafer na ito na nakabatay sa silicon na insulator (SOI) na posible ang mga low-loss na silicon photonics waveguides, ang mga ito ay talagang mas karaniwang ginagamit sa mga low-power na CMOS circuit dahil sa mababang leakage current na ibinibigay nila.

Maraming posibleng anyo ng optical waveguides na nakabatay sa silicon, tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang mga ito ay mula sa microscale germanium-doped silica waveguides hanggang sa nanoscale Silicon Wire waveguides. Sa pamamagitan ng paghahalo ng germanium, posible itong gawinmga photodetectorat pagsipsip ng kuryentemga modulator, at posibleng maging mga optical amplifier. Sa pamamagitan ng doping silicon, isangoptical modulatormaaaring gawin. Ang ibaba mula kaliwa hanggang kanan ay: silicon wire waveguide, silicon nitride waveguide, silicon oxynitride waveguide, thick silicon ridge waveguide, manipis na silicon nitride waveguide at doped silicon waveguide. Sa itaas, mula kaliwa hanggang kanan, ay mga depletion modulator, germanium photodetector, at germaniumoptical amplifier.


Figure 2: Cross-section ng isang optical waveguide series na nakabatay sa silicon, na nagpapakita ng mga tipikal na pagkalugi sa pagpapalaganap at mga indeks ng repraktibo.


Oras ng post: Hul-15-2024