Bộ tách sóng quang tốc độ cao được giới thiệu bởi bộ tách sóng quang InGaAs

Bộ tách sóng quang tốc độ cao được giới thiệu bởiBộ tách sóng quang InGaAs

Bộ tách sóng quang tốc độ caotrong lĩnh vực truyền thông quang học chủ yếu bao gồm bộ tách sóng quang III-V InGaAs và IV đầy đủ Si và Ge/Bộ tách sóng quang Si. Cái trước là máy dò hồng ngoại gần truyền thống, đã chiếm ưu thế trong một thời gian dài, trong khi cái sau dựa vào công nghệ quang học silicon để trở thành một ngôi sao đang lên và là điểm nóng trong lĩnh vực nghiên cứu quang điện tử quốc tế trong những năm gần đây. Ngoài ra, các máy dò mới dựa trên vật liệu perovskite, hữu cơ và hai chiều đang phát triển nhanh chóng nhờ ưu điểm xử lý dễ dàng, tính linh hoạt tốt và đặc tính có thể điều chỉnh được. Có sự khác biệt đáng kể giữa các máy dò mới này và các bộ tách sóng quang vô cơ truyền thống về tính chất vật liệu và quy trình sản xuất. Máy dò Perovskite có đặc tính hấp thụ ánh sáng tuyệt vời và khả năng vận chuyển điện tích hiệu quả, máy dò vật liệu hữu cơ được sử dụng rộng rãi vì các electron linh hoạt và chi phí thấp, và máy dò vật liệu hai chiều đã thu hút nhiều sự chú ý nhờ tính chất vật lý độc đáo và tính di động của chất mang cao. Tuy nhiên, so với máy dò InGaAs và Si/Ge, máy dò mới vẫn cần được cải thiện về độ ổn định lâu dài, độ hoàn thiện trong sản xuất và khả năng tích hợp.

InGaAs là một trong những vật liệu lý tưởng để hiện thực hóa bộ tách sóng quang tốc độ cao và phản hồi cao. Trước hết, InGaAs là vật liệu bán dẫn vùng cấm trực tiếp và độ rộng vùng cấm của nó có thể được điều chỉnh theo tỷ lệ giữa In và Ga để đạt được khả năng phát hiện tín hiệu quang có bước sóng khác nhau. Trong số đó, In0.53Ga0.47A hoàn toàn phù hợp với mạng cơ chất của InP và có hệ số hấp thụ ánh sáng lớn trong dải truyền thông quang học, được sử dụng rộng rãi nhất trong việc điều chếbộ tách sóng quang, dòng điện tối và hiệu suất phản hồi cũng là tốt nhất. Thứ hai, cả vật liệu InGaAs và InP đều có tốc độ trôi electron cao và tốc độ trôi electron bão hòa của chúng là khoảng 1×107 cm/s. Đồng thời, vật liệu InGaAs và InP có hiệu ứng vượt vận tốc electron dưới tác dụng của điện trường cụ thể. Vận tốc vượt mức có thể được chia thành 4×107cm/s và 6×107cm/s, điều này có lợi cho việc hiện thực hóa băng thông giới hạn thời gian sóng mang lớn hơn. Hiện tại, bộ tách sóng quang InGaAs là bộ tách sóng quang phổ biến nhất cho truyền thông quang học và phương pháp ghép tần số bề mặt chủ yếu được sử dụng trên thị trường và các sản phẩm máy dò tần số bề mặt 25 Gbaud/s và 56 Gbaud/s đã được hiện thực hóa. Kích thước nhỏ hơn, tần số ngược và máy dò tần số bề mặt băng thông lớn cũng đã được phát triển, chủ yếu phù hợp cho các ứng dụng tốc độ cao và độ bão hòa cao. Tuy nhiên, đầu dò sự cố bề mặt bị hạn chế bởi chế độ ghép nối và khó tích hợp với các thiết bị quang điện tử khác. Do đó, với việc cải thiện các yêu cầu tích hợp quang điện tử, bộ tách sóng quang InGaAs kết hợp ống dẫn sóng với hiệu suất tuyệt vời và phù hợp để tích hợp đã dần trở thành trọng tâm nghiên cứu, trong đó các mô-đun đầu dò quang InGaAs 70 GHz và 110 GHz thương mại hầu hết đều sử dụng cấu trúc ghép ống dẫn sóng. Theo các vật liệu nền khác nhau, đầu dò quang điện InGaAs ghép ống dẫn sóng có thể được chia thành hai loại: InP và Si. Vật liệu epitaxy trên đế InP có chất lượng cao và phù hợp hơn cho việc chế tạo các thiết bị hiệu suất cao. Tuy nhiên, sự không phù hợp khác nhau giữa vật liệu III-V, vật liệu InGaAs và chất nền Si được phát triển hoặc liên kết trên chất nền Si dẫn đến chất lượng giao diện hoặc vật liệu tương đối kém và hiệu suất của thiết bị vẫn còn nhiều chỗ cần cải thiện.