Materiálový systém fotonického integrovaného obvodu (PIC).
Křemíková fotonika je disciplína, která využívá planární struktury založené na křemíkových materiálech k nasměrování světla k dosažení různých funkcí. Zaměřujeme se zde na aplikaci křemíkové fotoniky při vytváření vysílačů a přijímačů pro komunikaci z optických vláken. Vzhledem k tomu, že potřeba přidat více přenosu při dané šířce pásma, dané stopě a dané ceně se zvyšuje, křemíková fotonika se stává ekonomicky výhodnější. Pro optickou část,technologie fotonické integraceVětšina koherentních transceiverů se dnes vyrábí pomocí samostatných modulátorů LiNbO3/planar light-wave circuit (PLC) a InP/PLC přijímačů.
Obrázek 1: Ukazuje běžně používané materiálové systémy fotonických integrovaných obvodů (PIC).
Obrázek 1 ukazuje nejoblíbenější materiálové systémy PIC. Zleva doprava jsou PIC na bázi křemíku na bázi křemíku (také známý jako PLC), izolátor na bázi křemíku PIC (silicon photonics), niobát lithný (LiNbO3) a PIC skupiny III-V, jako jsou InP a GaAs. Tento článek se zaměřuje na fotoniku na bázi křemíku. Vkřemíkové fotoniky, světelný signál se šíří hlavně v křemíku, který má nepřímou mezeru v pásmu 1,12 elektronvoltů (s vlnovou délkou 1,1 mikronu). Křemík se pěstuje ve formě čistých krystalů v pecích a poté se řeže na plátky, které mají dnes typicky průměr 300 mm. Povrch plátku je oxidován za vzniku vrstvy oxidu křemičitého. Jedna z destiček je do určité hloubky bombardována atomy vodíku. Tyto dvě destičky se pak spojí ve vakuu a jejich oxidové vrstvy se vzájemně spojí. Sestava se zlomí podél linie implantace vodíkových iontů. Vrstva křemíku v místě trhliny je pak vyleštěna, přičemž nakonec zůstane tenká vrstva krystalického Si na vršku neporušeného křemíkového plátku „rukojeť“ na vrstvě křemíku. Z této tenké krystalické vrstvy jsou vytvořeny vlnovody. Zatímco tyto křemíkové izolační desky (SOI) umožňují nízkoztrátové křemíkové fotonické vlnovody, ve skutečnosti se častěji používají v obvodech CMOS s nízkým výkonem, protože poskytují nízký svodový proud.
Existuje mnoho možných forem optických vlnovodů na bázi křemíku, jak je znázorněno na obrázku 2. Sahají od germaniem dopovaných křemíkových vlnovodů v mikroměřítku až po nanoměřítko Silicon Wire. Mícháním germania je možné vyrobitfotodetektorya elektrickou absorpcimodulátorya možná i optické zesilovače. Dopováním křemíku, anoptický modulátorlze vyrobit. Dole zleva doprava jsou: vlnovod z křemíkového drátu, vlnovod z nitridu křemíku, vlnovod z oxynitridu křemíku, vlnovod s tlustým hřebenem křemíku, vlnovod z tenkého nitridu křemíku a vlnovod z dopovaného křemíku. Nahoře, zleva doprava, jsou modulátory vyčerpání, germaniové fotodetektory a germaniumoptické zesilovače.
Obrázek 2: Příčný řez řadou optických vlnovodů na bázi křemíku, ukazující typické ztráty šířením a indexy lomu.
Čas odeslání: 15. července 2024