Materiálový systém fotonického integrovaného obvodu (PIC)
Křemíková fotonika je obor, který využívá planární struktury založené na křemíkových materiálech k usměrňování světla za účelem dosažení řady funkcí. Zaměřujeme se zde na aplikaci křemíkové fotoniky při vytváření vysílačů a přijímačů pro optickou komunikaci. S rostoucí potřebou přidat více přenosu při dané šířce pásma, dané zastavěné ploše a daných nákladech se křemíková fotonika stává ekonomicky výhodnější. V optické části,technologie fotonické integracemusí být použity a většina dnešních koherentních transceiverů je konstruována s použitím samostatných modulátorů LiNbO3/planárních obvodů světelných vln (PLC) a přijímačů InP/PLC.
Obrázek 1: Zobrazuje běžně používané materiálové systémy fotonických integrovaných obvodů (PIC).
Obrázek 1 ukazuje nejoblíbenější materiálové systémy PIC. Zleva doprava jsou křemíkové PIC na bázi křemíku (známé také jako PLC), křemíkové izolanty PIC (křemíková fotonika), niobičnan lithný (LiNbO3) a PIC III-V skupiny, jako je InP a GaAs. Tento článek se zaměřuje na fotoniku na bázi křemíku.křemíková fotonikaSvětelný signál se šíří převážně křemíkem, který má nepřímou šířku zakázaného pásu 1,12 elektronvoltů (s vlnovou délkou 1,1 mikronu). Křemík se pěstuje ve formě čistých krystalů v pecích a poté se řeže na destičky, které dnes obvykle mají průměr 300 mm. Povrch destičky se oxiduje za vzniku vrstvy oxidu křemičitého. Jedna z destiček je bombardována atomy vodíku do určité hloubky. Dvě destičky se poté spojí ve vakuu a jejich oxidové vrstvy se k sobě spojí. Sestava se rozpadne podél linie implantace vodíkových iontů. Vrstva křemíku v místě trhliny se poté vyleští, čímž nakonec na neporušené křemíkové destičce „rukojeti“ zůstane tenká vrstva krystalického křemíku. Z této tenké krystalické vrstvy se vytvářejí vlnovody. I když tyto destičky z izolantu (SOI) na bázi křemíku umožňují výrobu křemíkových fotonických vlnovodů s nízkými ztrátami, ve skutečnosti se častěji používají v nízkoenergetických CMOS obvodech kvůli nízkému svodovému proudu, který poskytují.
Existuje mnoho možných forem optických vlnovodů na bázi křemíku, jak je znázorněno na obrázku 2. Pohybují se od mikroskopických křemíkových vlnovodů dopovaných germaniem až po nanoměřítkové vlnovody z křemíkových drátů. Smícháním germania je možné vyrobitfotodetektorya elektrická absorpcemodulátory, a možná i optické zesilovače. Dopováním křemíku,optický modulátorlze vyrobit. Dole zleva doprava jsou: vlnovod z křemíkového drátu, vlnovod z nitridu křemíku, vlnovod z oxynitridu křemíku, vlnovod s tlustým křemíkovým hřebenem, vlnovod s tenkým nitridem křemíku a vlnovod s dopovaným křemíkem. Nahoře, zleva doprava, jsou modulátory vyčerpání, germaniové fotodetektory a germaniovéoptické zesilovače.
Obrázek 2: Průřez optickým vlnovodem na bázi křemíku, znázorňující typické ztráty šířením a indexy lomu.
Čas zveřejnění: 15. července 2024