Hệ thống vật liệu mạch tích hợp quang tử (PIC)
Quang tử silicon là một môn học sử dụng các cấu trúc phẳng dựa trên vật liệu silicon để điều hướng ánh sáng nhằm đạt được nhiều chức năng khác nhau. Ở đây chúng tôi tập trung vào ứng dụng quang tử silicon trong việc tạo ra các máy phát và máy thu cho truyền thông cáp quang. Khi nhu cầu tăng thêm đường truyền ở một băng thông nhất định, diện tích nhất định và chi phí nhất định tăng lên, quang tử silicon trở nên hợp lý hơn về mặt kinh tế. Đối với phần quang học,công nghệ tích hợp quang tửphải được sử dụng và hầu hết các bộ thu phát kết hợp ngày nay đều được chế tạo bằng cách sử dụng bộ điều biến LiNbO3/mạch sóng ánh sáng phẳng (PLC) riêng biệt và bộ thu InP/PLC.
Hình 1: Hiển thị các hệ thống vật liệu mạch tích hợp quang tử (PIC) thường được sử dụng.
Hình 1 cho thấy các hệ thống vật liệu PIC phổ biến nhất. Từ trái sang phải là PIC silica dựa trên silicon (còn được gọi là PLC), PIC cách điện dựa trên silicon (quang tử silicon), lithium niobate (LiNbO3) và PIC nhóm III-V, chẳng hạn như InP và GaAs. Bài viết này tập trung vào quang tử dựa trên silicon. TRONGquang tử silicon, tín hiệu ánh sáng chủ yếu truyền đi trong silicon, có độ rộng dải gián tiếp là 1,12 electron volt (với bước sóng 1,1 micron). Silicon được trồng ở dạng tinh thể nguyên chất trong lò nung và sau đó được cắt thành các tấm wafer, ngày nay thường có đường kính 300 mm. Bề mặt wafer bị oxy hóa để tạo thành lớp silica. Một trong những tấm wafer được bắn phá bằng các nguyên tử hydro đến một độ sâu nhất định. Hai tấm wafer sau đó được hợp nhất trong chân không và các lớp oxit của chúng liên kết với nhau. Việc lắp ráp bị đứt dọc theo dây chuyền cấy ion hydro. Lớp silicon tại vết nứt sau đó được đánh bóng, cuối cùng để lại một lớp Si tinh thể mỏng bên trên tấm wafer “tay cầm” silicon nguyên vẹn phía trên lớp silica. Ống dẫn sóng được hình thành từ lớp tinh thể mỏng này. Mặc dù các tấm cách điện dựa trên silicon (SOI) này có thể tạo ra các ống dẫn sóng quang tử silicon có tổn thất thấp nhưng chúng thực sự được sử dụng phổ biến hơn trong các mạch CMOS công suất thấp do dòng điện rò rỉ thấp mà chúng cung cấp.
Có nhiều dạng ống dẫn sóng quang dựa trên silicon, như trong Hình 2. Chúng bao gồm từ ống dẫn sóng silica pha tạp germanium cỡ micro cho đến ống dẫn sóng Dây Silicon có kích thước nano. Bằng cách trộn gecmani, người ta có thể tạo rabộ tách sóng quangvà hấp thụ điệnbộ điều biếnvà thậm chí có thể cả bộ khuếch đại quang học. Bằng cách kích thích silicon, mộtbộ điều biến quangcó thể được thực hiện Phía dưới từ trái sang phải là: ống dẫn sóng dây silicon, ống dẫn sóng silicon nitride, ống dẫn sóng silicon oxynitride, ống dẫn sóng sườn silicon dày, ống dẫn sóng silicon nitride mỏng và ống dẫn sóng silicon pha tạp. Ở trên cùng, từ trái sang phải, là bộ điều biến cạn kiệt, bộ tách sóng quang germanium và germaniumbộ khuếch đại quang.
Hình 2: Mặt cắt ngang của loạt ống dẫn sóng quang dựa trên silicon, thể hiện tổn thất truyền lan và chiết suất điển hình.
Thời gian đăng: 15-07-2024