Silicon Photonics Element Active

Silicon Photonics Element Active

Vipengee vya kazi vya Photonics hurejelea maingiliano ya nguvu iliyoundwa kwa makusudi kati ya mwanga na jambo. Sehemu ya kawaida ya kazi ya picha ni modeli ya macho. Zote za sasa za siliconModulators za machoni msingi wa athari ya kubeba bure ya plasma. Kubadilisha idadi ya elektroni za bure na mashimo kwenye nyenzo za silicon kwa kuweka doping, njia za umeme au macho zinaweza kubadilisha faharisi yake ngumu ya kuakisi, mchakato ulioonyeshwa kwa hesabu (1,2) zilizopatikana kwa data inayofaa kutoka Soref na Bennett kwa nguvu ya nanometers 1550. Ikilinganishwa na elektroni, mashimo husababisha idadi kubwa ya mabadiliko halisi ya index ya kufikiria, ambayo ni kwamba, wanaweza kutoa mabadiliko makubwa ya awamu kwa mabadiliko ya upotezaji, kwa hivyo katikaModulators za Mach-Zehnderna modulators za pete, kawaida hupendelea kutumia mashimo kutengenezaModulators za Awamu.

AnuwaiModulator ya Silicon (Si)Aina zinaonyeshwa kwenye Mchoro 10A. Katika moduli ya sindano ya kubeba, taa iko kwenye silicon ya ndani ndani ya makutano ya pini pana, na elektroni na shimo zinaingizwa. Walakini, modulators kama hizo ni polepole, kawaida na bandwidth ya 500 MHz, kwa sababu elektroni za bure na shimo huchukua muda mrefu tena baada ya sindano. Kwa hivyo, muundo huu mara nyingi hutumiwa kama mpokeaji wa macho wa kutofautisha (VOA) badala ya moduli. Katika moduli ya kupungua kwa kubeba, sehemu nyepesi iko kwenye makutano nyembamba ya PN, na upana wa kupungua kwa makutano ya PN hubadilishwa na uwanja wa umeme uliotumika. Modulator hii inaweza kufanya kazi kwa kasi zaidi ya 50GB/s, lakini ina upotezaji wa hali ya juu ya msingi. VPIL ya kawaida ni 2 V-cm. Semiconductor ya oksidi ya chuma (MOS) (kwa kweli semiconductor-oxide-semiconductor) ina safu nyembamba ya oksidi kwenye makutano ya PN. Inaruhusu mkusanyiko fulani wa wabebaji na kupungua kwa carrier, ikiruhusu VπL ndogo ya takriban 0.2 V-CM, lakini ina shida ya upotezaji wa macho ya juu na uwezo wa juu kwa urefu wa kitengo. Kwa kuongezea, kuna moduli za kunyonya za umeme za SIGE kulingana na harakati za bendi ya Sige (Silicon germanium). Kwa kuongezea, kuna modulators za graphene ambazo hutegemea graphene kubadili kati ya metali zinazovutia na insulators za uwazi. Hizi zinaonyesha utofauti wa matumizi ya mifumo tofauti kufikia kasi ya juu, ya chini ya upotezaji wa ishara.

Kielelezo 10: (a) Mchoro wa sehemu ya miundo ya moduli ya macho ya msingi wa silicon na (b) mchoro wa sehemu ya miundo ya upelelezi wa macho.

Ugunduzi kadhaa wa taa za msingi wa silicon zinaonyeshwa kwenye Mchoro 10b. Nyenzo inayovutia ni germanium (GE). GE ina uwezo wa kunyonya taa kwenye miinuko chini hadi microns 1.6. Inaonyeshwa upande wa kushoto ndio muundo wa PIN uliofanikiwa zaidi wa kibiashara leo. Imeundwa na silicon ya aina ya P-aina ambayo GE inakua. GE na SI zina mismatch ya 4% ya kimiani, na ili kupunguza usambazaji, safu nyembamba ya SIGE hupandwa kwanza kama safu ya buffer. Doping ya aina ya N inafanywa juu ya safu ya GE. Photodiode ya chuma-semiconductor-chuma (MSM) imeonyeshwa katikati, na APD (Photodetector ya Avalanche) imeonyeshwa upande wa kulia. Kanda ya Avalanche katika APD iko katika SI, ambayo ina sifa za chini za kelele ikilinganishwa na mkoa wa avalanche katika vifaa vya msingi vya kikundi cha III-V.

Kwa sasa, hakuna suluhisho zilizo na faida dhahiri katika kuunganisha faida ya macho na picha za silicon. Kielelezo 11 kinaonyesha chaguzi kadhaa zinazowezekana zilizopangwa na kiwango cha mkutano. Upande wa kushoto ni miingiliano ya monolithic ambayo ni pamoja na utumiaji wa germanium iliyokua ya epitax (GE) kama nyenzo ya kupata macho, erbium-doped (ER) glasi ya glasi (kama vile Al2O3, ambayo inahitaji kusukuma macho), na dots zilizopandwa kwa gallium arsenide (GAAS). Safu inayofuata ni kubwa kwa mkutano wa wafer, unaojumuisha oksidi na dhamana ya kikaboni katika mkoa wa faida ya kikundi cha III-V. Safu inayofuata ni mkutano wa chip-to-wafer, ambao unajumuisha kuingiza chip ya kikundi cha III-V ndani ya uso wa silicon wafer na kisha kutengeneza muundo wa wimbi la wimbi. Faida ya mbinu hii ya safu tatu za kwanza ni kwamba kifaa kinaweza kufanya kazi kikamilifu ndani ya kafe kabla ya kukata. Safu ya kulia ni mkutano wa chip-to-chip, pamoja na kuunganishwa moja kwa moja kwa chipsi za silicon kwa chips za kikundi cha III-V, na pia kuunganishwa kupitia lensi na washirika wa grating. Mwenendo kuelekea matumizi ya kibiashara unasonga kutoka kulia kwenda upande wa kushoto wa chati kuelekea suluhisho zilizojumuishwa zaidi na zilizojumuishwa.

Kielelezo 11: Jinsi faida ya macho imejumuishwa katika picha za msingi wa silicon. Unapohama kutoka kushoto kwenda kulia, hatua ya kuingiza utengenezaji polepole inarudi nyuma katika mchakato.