Silicon photonics unsur aktif

Silicon photonics unsur aktif

Komponen aktif Photonics ngrujuk khusus kanggo interaksi dinamis sing dirancang kanthi sengaja antarane cahya lan materi. Komponen aktif khas fotonik yaiku modulator optik. Kabeh basis silikon saikimodulator optikadhedhasar efek pembawa bebas plasma. Ngganti jumlah elektron bebas lan bolongan ing bahan silikon kanthi cara doping, listrik utawa optik bisa ngganti indeks bias kompleks, proses sing dituduhake ing persamaan (1,2) sing dipikolehi kanthi data pas saka Soref lan Bennett kanthi dawa gelombang 1550 nanometer. . Dibandhingake karo elektron, bolongan nyebabake proporsi sing luwih gedhe saka owah-owahan indeks bias nyata lan khayalan, yaiku, bisa ngasilake owah-owahan fase sing luwih gedhe kanggo owah-owahan mundhut sing diwenehake, saengga ingModulator Mach-Zehnderlan modulators ring, iku biasane disenengi nggunakake bolongan kanggo nggawemodulator fase.

Macem-macemsilikon (Si) modulatorjinis ditampilake ing Figure 10A. Ing modulator injeksi operator, cahya dumunung ing silikon intrinsik ing persimpangan pin sing amba banget, lan elektron lan bolongan disuntikake. Nanging, modulator kuwi luwih alon, biasane karo bandwidth 500 MHz, amarga elektron bebas lan bolongan njupuk maneh kanggo gabungke sawise injeksi. Mulane, struktur iki asring digunakake minangka attenuator optik variabel (VOA) tinimbang modulator. Ing modulator panipisan operator, bagean cahya dumunung ing persimpangan pn sing sempit, lan jembaré penipisan persimpangan pn diganti dening medan listrik sing ditrapake. Modulator iki bisa operate ing kacepetan luwih saka 50Gb / s, nanging nduweni mundhut sisipan latar mburi dhuwur. Vpil khas yaiku 2 V-cm. A logam oksida semikonduktor (MOS) (bener semikonduktor-oksida-semikonduktor) modulator ngemot lapisan oksida tipis ing prapatan pn. Ngidini sawetara akumulasi operator uga nyuda operator, ngidini VπL sing luwih cilik kira-kira 0,2 V-cm, nanging nduweni kerugian kerugian optik sing luwih dhuwur lan kapasitansi sing luwih dhuwur saben unit dawa. Kajaba iku, ana modulator panyerepan listrik SiGe adhedhasar gerakan pinggiran SiGe (silikon Germanium alloy). Kajaba iku, ana modulator graphene sing gumantung ing graphene kanggo ngalih ing antarane logam nyerep lan insulator transparan. Iki nduduhake macem-macem aplikasi saka mekanisme sing beda kanggo entuk modulasi sinyal optik kanthi kacepetan dhuwur lan kurang.

Gambar 10: (A) Diagram cross-sectional saka macem-macem desain modulator optik adhedhasar silikon lan (B) diagram cross-sectional desain detektor optik.

Sawetara detektor cahya adhedhasar silikon ditampilake ing Gambar 10B. Bahan penyerap yaiku germanium (Ge). Ge bisa nyerep cahya kanthi dawa gelombang nganti udakara 1,6 mikron. Ditampilake ing sisih kiwa minangka struktur pin sing paling sukses kanthi komersial saiki. Iku kasusun saka silikon doped P-jinis kang Ge mundak akeh. Ge lan Si duwe 4% kisi mismatch, lan kanggo nyilikake dislokasi, lapisan tipis SiGe pisanan thukul minangka lapisan buffer. N-jinis doping dileksanakake ing ndhuwur lapisan Ge. Photodiode metal-semiconductor-metal (MSM) ditampilake ing tengah, lan APD (Photodetector longsor) ditampilake ing sisih tengen. Wilayah longsor ing APD dumunung ing Si, sing nduweni karakteristik gangguan sing luwih murah dibandhingake karo wilayah longsor ing bahan unsur Grup III-V.

Saiki, ora ana solusi kanthi kaluwihan sing jelas kanggo nggabungake gain optik karo fotonik silikon. Figure 11 nuduhake sawetara opsi bisa diatur dening tingkat perakitan. Ing sisih kiwa kiwa ana integrasi monolitik sing kalebu panggunaan germanium (Ge) sing ditanam kanthi epitaxial minangka bahan gain optik, pandu gelombang kaca erbium-doped (Er) (kayata Al2O3, sing mbutuhake pompa optik), lan gallium arsenide sing ditanam kanthi epitaxial (GaAs). ) titik kuantum. Kolom sabanjure yaiku wafer kanggo wafer perakitan, nglibatake oksida lan ikatan organik ing wilayah gain klompok III-V. Kolom sabanjure yaiku perakitan chip-to-wafer, sing kalebu nglebokake chip klompok III-V menyang rongga wafer silikon lan banjur nggawe struktur pandu gelombang. Kauntungan saka pendekatan telung kolom pisanan iki yaiku piranti kasebut bisa diuji kanthi fungsional ing wafer sadurunge dipotong. Kolom paling tengen yaiku perakitan chip-kanggo-chip, kalebu kopling langsung Kripik silikon menyang Kripik klompok III-V, uga kopling liwat lensa lan kopling grating. Tren kanggo aplikasi komersial pindhah saka sisih tengen menyang sisih kiwa grafik menyang solusi sing luwih terpadu lan terintegrasi.

Figure 11: Carane gain optik wis Integrasi menyang Photonics basis silikon. Nalika sampeyan pindhah saka kiwa menyang tengen, titik sisipan manufaktur mboko sithik bali ing proses.