Sistema de material de circuit integrat fotònic (PIC)
La fotònica de silici és una disciplina que utilitza estructures planars basades en materials de silici per dirigir la llum i aconseguir diverses funcions. Aquí ens centrem 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 un ample de banda determinat, una petjada determinada i un cost determinat, la fotònica de silici esdevé més econòmicament viable. Pel que fa a la part òptica,tecnologia d'integració fotònicas'ha d'utilitzar, i la majoria dels transceptors coherents actuals es construeixen utilitzant moduladors separats de LiNbO3/circuit d'ona de llum planar (PLC) i receptors InP/PLC.
Figura 1: Mostra els sistemes de materials de circuits integrats fotònics (PIC) més utilitzats.
La figura 1 mostra els sistemes de materials PIC més populars. D'esquerra a dreta hi ha els PIC de sílice basats en silici (també coneguts com a PLC), els PIC aïllants basats en silici (fotònica de silici), el niobat de liti (LiNbO3) i els PIC del grup III-V, com ara InP i GaAs. Aquest article se centra en la fotònica basada en silici. Afotònica de silici, el senyal de llum viatja principalment en silici, que té una banda prohibida indirecta d'1,12 electronvolts (amb una longitud d'ona d'1,1 micres). El silici es fa créixer en forma de cristalls purs en forns i després es talla en oblies, que avui dia solen tenir 300 mm de diàmetre. La superfície de l'oblia s'oxida per formar una capa de sílice. Una de les oblies es bombardeja amb àtoms d'hidrogen fins a una certa profunditat. Les dues oblies 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 d'hidrogen. La capa de silici a l'esquerda es poleix, deixant finalment una fina capa de Si cristal·lí a la part superior de l'oblia de "mànec" 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. Si bé aquestes oblies aïllants basades en silici (SOI) fan possibles les guies d'ones fotòniques de silici de baixa pèrdua, en realitat s'utilitzen més habitualment en circuits CMOS de baixa potència a causa del baix corrent de fuita que proporcionen.
Hi ha moltes formes possibles de guies d'ona òptiques basades en silici, com es mostra a la Figura 2. Van des de guies d'ona de sílice dopades amb germani a microescala fins a guies d'ona de filferro de silici a nanoescala. En barrejar germani, és possible ferfotodetectorsi absorció elèctricamoduladors, i possiblement fins i tot amplificadors òptics. En dopar silici, unmodulador òptices pot fer. A la part inferior, d'esquerra a dreta, hi ha: guia d'ones de fil 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 de nitrur de silici fina 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.
Data de publicació: 15 de juliol de 2024