Hệ thống vật liệu mạch tích hợp quang tử (pic)

Hệ thống vật liệu mạch tích hợp quang tử (pic)

Photonics silicon là một môn học sử dụng các cấu trúc phẳng dựa trên các vật liệu silicon để chỉ đạo ánh sáng để đạt được nhiều chức năng khác nhau. Chúng tôi tập trung ở đây vào việc áp dụng quang tử silicon trong việc tạo ra các máy phát và máy thu cho truyền thông sợi quang. Khi cần thêm truyền nhiều hơn ở một băng thông nhất định, một dấu chân nhất định và chi phí nhất định tăng lên, quang tử silicon trở nên âm thanh kinh tế hơn. Cho phần quang học,Công nghệ tích hợp photonicPhải được sử dụng, và hầu hết các bộ thu phát mạch lạc ngày nay được chế tạo bằng các bộ điều biến mạch ánh sáng Linbo3/ Planar (PLC) riêng biệt và máy thu INP/ PLC.

Hình 1: cho thấy 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 silica pic dựa trên silicon (còn được gọi là PLC), pic cách điện dựa trên silicon (silicon photonics), lithium niobate (Linbo3) và iii-V nhóm pic, như INP và GaAs. Bài viết này tập trung vào quang tử dựa trên silicon. TRONGPhotonics silicon, tín hiệu ánh sáng chủ yếu truyền trong silicon, có khoảng cách dải gián tiếp là 1,12 volt electron (với bước sóng 1,1 micron). Silicon được trồng dưới dạng các tinh thể tinh khiết trong lò và sau đó cắt thành các tấm wafer, ngày nay thường có đường kính 300 mm. Bề mặt wafer được oxy hóa để tạo thành một lớp silica. Một trong những tấm wafer bị bắn phá với 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 phá vỡ dọc theo đường cấy ghép ion hydro. Lớp silicon ở vết nứt sau đó được đánh bóng, cuối cùng để lại một lớp Si tinh thể mỏng trên đỉnh của silicon silicon còn nguyên vẹn tay cầm trên cùng của lớp silica. Ống dẫn sóng được hình thành từ lớp tinh thể mỏng này. Mặc dù các tấm wafer cách điện dựa trên silicon (SOI) này tạo ra các ống dẫn sóng silicon mất thấp có thể, chúng thực sự được sử dụng phổ biến hơn trong các mạch CMOS công suất thấp vì dòng rò thấp mà chúng cung cấp.

Có nhiều hình thức có thể của các ống dẫn sóng quang học dựa trên silicon, như trong Hình 2. Chúng bao gồm từ các ống dẫn sóng silica pha tạp Germanium đến các ống dẫn sóng dây silicon nano. Bằng cách pha trộn germanium, có thể làmPhotodetectorvà hấp thụ điệnngười điều biến, và thậm chí có thể là bộ khuếch đại quang học. Bằng cách pha tạp silicon, mộtBộ điều biến quang họccó thể được thực hiện. Đáy từ trái sang phải là: ống dẫn sóng dây silicon, ống dẫn sóng silicon nitride, ống dẫn sóng silicon oxynitride, ống dẫn sóng 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 suy giảm, bộ điều chỉnh Germanium và GermaniumBộ khuếch đại quang học.

Hình 2: Mặt cắt ngang của chuỗi ống dẫn sóng quang dựa trên silicon, cho thấy tổn thất lan truyền điển hình và các chỉ số khúc xạ.