Các bộ tách sóng quang tốc độ cao được giới thiệu bởi các bộ tách sóng quang InGaAs.

Các 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 các bộ tách sóng quang III-V InGaAs và các vật liệu IV Si và Ge/Bộ tách sóng quang SiLoại thứ nhất là máy dò hồng ngoại gần truyền thống, đã chiếm ưu thế trong một thời gian dài, trong khi loại thứ hai dựa trên 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 những năm gần đây. Ngoài ra, các máy dò mới dựa trên vật liệu perovskite, hữu cơ và vật liệu hai chiều đang phát triển nhanh chóng nhờ những ưu điểm như dễ gia công, tính linh hoạt tốt và các đặc tính có thể điều chỉnh. Có những khác biệt đáng kể giữa các máy dò mới này và các máy dò 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 do chi phí thấp và khả năng vận chuyển điện tử linh hoạt, và máy dò vật liệu hai chiều đã thu hút nhiều sự chú ý do các đặc tính vật lý độc đáo và độ linh động của chất mang cao. Tuy nhiên, so với máy dò InGaAs và Si/Ge, các máy dò mới vẫn cần được cải thiện về độ ổn định lâu dài, độ hoàn thiện sản xuất và khả năng tích hợp.

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