Sistema de material de circuit integrat fotònic (PIC).

Sistema de material de circuit integrat fotònic (PIC).

La fotònica de silici és una disciplina que utilitza estructures planes basades en materials de silici per dirigir la llum per aconseguir una varietat de funcions. Ens centrem aquí en l'aplicació de la fotònica de silici en la creació de transmissors i receptors per a comunicacions de fibra òptica. A mesura que augmenta la necessitat d'afegir més transmissió a una amplada de banda determinada, una empremta determinada i un cost determinat, la fotònica de silici es torna més sòlida econòmicament. Per a la part òptica,tecnologia d'integració fotònicas'han d'utilitzar, i la majoria dels transceptors coherents d'avui es construeixen utilitzant moduladors separats de LiNbO3/circuit d'ona de llum plana (PLC) i receptors InP/PLC.

Figura 1: Mostra els sistemes de materials de circuit integrat fotònic (PIC) utilitzats habitualment.

La figura 1 mostra els sistemes de materials PIC més populars. D'esquerra a dreta hi ha PIC de sílice basat en silici (també conegut com PLC), PIC aïllant basat en silici (fotònica de silici), niobat de liti (LiNbO3) i PIC del grup III-V, com InP i GaAs. Aquest article se centra en la fotònica basada en silici. Enfotònica de silici, el senyal de llum viatja principalment en silici, que té un buit de banda indirecte d'1,12 electronvolts (amb una longitud d'ona d'1,1 micres). El silici es cultiva en forma de cristalls purs en forns i després es talla en hòsties, que avui solen tenir 300 mm de diàmetre. La superfície de l'hòstia s'oxida per formar una capa de sílice. Una de les hòsties és bombardejada amb àtoms d'hidrogen fins a una certa profunditat. A continuació, les dues hòsties es fusionen al buit i les seves capes d'òxid s'uneixen entre si. El conjunt es trenca al llarg de la línia d'implantació d'ions hidrogen. A continuació, es polia la capa de silici de l'esquerda, deixant finalment una fina capa de Si cristal·lí a la part superior de l'hòstia de "maneça" de silici intacta a la part superior de la capa de sílice. Les guies d'ones es formen a partir d'aquesta fina capa cristal·lina. Tot i que aquestes hòsties d'aïllants basats en silici (SOI) fan possibles guies d'ones fotòniques de silici de baixes pèrdues, en realitat s'utilitzen més habitualment en circuits CMOS de baixa potència a causa del baix corrent de fuga que proporcionen.

Hi ha moltes formes possibles de guies d'ones òptiques basades en silici, tal com es mostra a la figura 2. Van des de guies d'ones de sílice dopades amb germani a microescala fins a guies d'ones de fil de silici a nanoescala. Amb la barreja de germani, és possible ferfotodetectorsi l'absorció elèctricamoduladors, i possiblement fins i tot amplificadors òptics. En dopar silici, anmodulador òptices pot fer. La part inferior d'esquerra a dreta són: guia d'ones de filferro de silici, guia d'ones de nitrur de silici, guia d'ones d'oxinitrur de silici, guia d'ones de cresta de silici gruixuda, guia d'ones fina de nitrur de silici i guia d'ones de silici dopat. A la part superior, d'esquerra a dreta, hi ha moduladors d'esgotament, fotodetectors de germani i germaniamplificadors òptics.


Figura 2: Secció transversal d'una sèrie de guies d'ones òptiques basades en silici, que mostra les pèrdues de propagació típiques i els índexs de refracció.


Hora de publicació: 15-jul-2024