Silicon photonics kazi kipengele

Silicon photonics kazi kipengele

Vipengee amilifu vya Fotoniki hurejelea mahususi mwingiliano wenye nguvu ulioundwa kimakusudi kati ya mwanga na mata. Kipengele cha kazi cha kawaida cha fotonics ni moduli ya macho. Yote ya sasa ya msingi wa siliconmoduli za machoni msingi wa athari ya carrier ya bure ya plasma. Kubadilisha idadi ya elektroni zisizolipishwa na mashimo katika nyenzo ya silicon kwa kutumia dawa za kuongeza nguvu mwilini, mbinu za umeme au za macho kunaweza kubadilisha fahirisi yake changamano ya refractive, mchakato unaoonyeshwa katika milinganyo (1,2) inayopatikana kwa kuweka data kutoka Soref na Bennett kwa urefu wa nanomita 1550. . Ikilinganishwa na elektroni, mashimo husababisha sehemu kubwa ya mabadiliko ya kigezo halisi na ya kufikiria, ambayo ni, yanaweza kutoa mabadiliko makubwa zaidi kwa mabadiliko fulani ya upotezaji, kwa hivyoVidhibiti vya Mach-Zehnderna moduli za pete, kwa kawaida hupendekezwa kutumia mashimo kutengenezamoduli za awamu.

mbalimbalimoduli ya silicon (Si).aina zinaonyeshwa kwenye Mchoro 10A. Katika moduli ya sindano ya mtoa huduma, mwanga unapatikana katika silikoni ya ndani ndani ya makutano ya pini pana sana, na elektroni na mashimo hudungwa. Hata hivyo, moduli kama hizo ni polepole zaidi, kwa kawaida na kipimo data cha 500 MHz, kwa sababu elektroni na mashimo ya bure huchukua muda mrefu kuunganishwa tena baada ya sindano. Kwa hivyo, muundo huu mara nyingi hutumiwa kama kidhibiti cha macho kinachobadilika (VOA) badala ya moduli. Katika moduli ya kupungua kwa carrier, sehemu ya mwanga iko kwenye makutano ya pn nyembamba, na upana wa kupungua kwa makutano ya pn hubadilishwa na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kidhibiti hiki kinaweza kufanya kazi kwa kasi inayozidi 50Gb/s, lakini ina hasara ya juu ya uwekaji wa usuli. Vpil ya kawaida ni 2 V-cm. Kidhibiti cha semicondukta ya oksidi ya chuma (MOS) (halisi semiconductor-oksidi-semiconductor) kina safu nyembamba ya oksidi kwenye makutano ya pn. Huruhusu mrundikano fulani wa mtoa huduma pamoja na kupungua kwa mtoa huduma, kuruhusu VπL ndogo ya takriban 0.2 V-cm, lakini ina hasara ya hasara za juu za macho na uwezo wa juu kwa kila urefu wa kitengo. Kwa kuongeza, kuna modulators za kunyonya umeme za SiGe kulingana na harakati ya ukingo wa bendi ya SiGe (silicon Germanium alloy). Kwa kuongeza, kuna moduli za graphene ambazo hutegemea graphene kubadili kati ya metali ya kunyonya na vihami vya uwazi. Hizi zinaonyesha utofauti wa matumizi ya mifumo tofauti ili kufikia urekebishaji wa mawimbi ya macho yenye kasi ya juu, yenye hasara ya chini.

Kielelezo cha 10: (A) Mchoro wa sehemu mbalimbali wa miundo mbalimbali ya moduli ya macho yenye msingi wa silicon na (B) mchoro wa sehemu mtambuka wa miundo ya kitambua macho.

Vigunduzi kadhaa vya mwanga vilivyo na silicon vinaonyeshwa kwenye Mchoro 10B. Nyenzo ya kunyonya ni germanium (Ge). Ge ina uwezo wa kunyonya mwanga kwa urefu wa mawimbi hadi takriban mikroni 1.6. Imeonyeshwa upande wa kushoto ni muundo wa pini uliofanikiwa zaidi kibiashara leo. Inaundwa na silicon ya aina ya P ambayo Ge hukua. Ge na Si zina kutolingana kwa 4% kwa kimiani, na ili kupunguza mtengano, safu nyembamba ya SiGe inakuzwa kwanza kama safu ya bafa. Doping ya aina ya N inafanywa juu ya safu ya Ge. Picha ya chuma-semiconductor-metal (MSM) inaonyeshwa katikati, na APD (Photodetector ya theluji) imeonyeshwa upande wa kulia. Eneo la maporomoko ya theluji katika APD liko katika Si, ambalo lina sifa za chini za kelele ikilinganishwa na eneo la maporomoko ya theluji katika nyenzo za kimsingi za Kundi la III-V.

Kwa sasa, hakuna ufumbuzi na faida dhahiri katika kuunganisha faida ya macho na picha za silicon. Mchoro wa 11 unaonyesha chaguzi kadhaa zinazowezekana zilizopangwa na kiwango cha mkusanyiko. Upande wa kushoto kabisa kuna miunganisho ya monolithic ambayo ni pamoja na matumizi ya germanium (Ge) iliyokuzwa kwa epitaxially kama nyenzo ya kuongeza macho, miongozo ya mawimbi ya glasi ya erbium-doped (Er) (kama vile Al2O3, ambayo inahitaji kusukuma macho), na gallium arsenide iliyokuzwa kwa muda mrefu (GaAs). ) nukta za quantum. Safu inayofuata ni unganisho la kaki hadi kaki, linalohusisha uunganishaji wa oksidi na kikaboni katika eneo la faida la kikundi cha III-V. Safu inayofuata ni kuunganisha chip-to-kaki, ambayo inahusisha kupachika chipu ya kikundi cha III-V kwenye matundu ya kaki ya silicon na kisha kutengeneza muundo wa mwongozo wa wimbi. Faida ya mbinu hii ya safu tatu za kwanza ni kwamba kifaa kinaweza kujaribiwa kikamilifu ndani ya kaki kabla ya kukata. Safu wima ya kulia zaidi ni uunganishaji wa chip-to-chip, ikijumuisha uunganisho wa moja kwa moja wa chip za silikoni kwenye chip za kikundi cha III-V, pamoja na kuunganishwa kupitia lenzi na viunganishi vya grating. Mwelekeo kuelekea maombi ya kibiashara unasonga kutoka upande wa kulia kwenda upande wa kushoto wa chati kuelekea suluhu zilizounganishwa na zilizounganishwa zaidi.

Mchoro wa 11: Jinsi faida ya macho inavyounganishwa katika picha za silicon-based. Unaposonga kutoka kushoto kwenda kulia, hatua ya uwekaji wa utengenezaji inarudi nyuma katika mchakato.