Fotonisen integroidun piirin (PIC) materiaalijärjestelmä
Piifotoniikka on tieteenala, joka käyttää piimateriaaleihin perustuvia tasomaisia rakenteita valon ohjaamiseen erilaisten toimintojen saavuttamiseksi. Keskitymme tässä piifotoniikan sovelluksiin lähettimien ja vastaanottimien luomisessa valokuituviestintään. Kun tarve lisätä lähetystä tietyllä kaistanleveydellä, tietyllä jalanjäljellä ja tietyillä kustannuksilla kasvaa, piifotoniikasta tulee taloudellisesti järkevämpää. Optiikan osalta,fotoninen integrointitekniikkaon käytettävä, ja useimmat nykyiset koherentit lähetin-vastaanottimet rakennetaan käyttämällä erillisiä LiNbO3/tasomaisia valoaaltopiirimodulaattoreita (PLC) ja InP/PLC-vastaanottimia.
Kuva 1: Esittelee yleisesti käytettyjä fotonisten integroitujen piirien (PIC) materiaalijärjestelmiä.
Kuvassa 1 on esitetty suosituimmat PIC-materiaalijärjestelmät. Vasemmalta oikealle ovat piipohjainen piidioksidi-PIC (tunnetaan myös nimellä PLC), piipohjainen eriste-PIC (piifotoniikka), litiumniobaatti (LiNbO3) ja III-V-ryhmän PIC, kuten InP ja GaAs. Tämä artikkeli keskittyy piipohjaiseen fotoniikkaan.piifotoniikka, valosignaali kulkee pääasiassa piissä, jonka epäsuora energiaväli on 1,12 elektronivolttia (aallonpituudella 1,1 mikronia). Piitä kasvatetaan puhtaiksi kiteiksi uuneissa ja leikataan sitten kiekoiksi, joiden halkaisija on nykyään tyypillisesti 300 mm. Kiekon pinta hapetetaan piidioksidikerroksen muodostamiseksi. Yhtä kiekoista pommitetaan vetyatomeilla tiettyyn syvyyteen asti. Kaksi kiekkoa sulatetaan sitten tyhjiössä ja niiden oksidikerrokset sitoutuvat toisiinsa. Kokoonpano rikkoutuu vetyionien implantaatiolinjaa pitkin. Halkeaman kohdalla oleva piikerros kiillotetaan sitten, jolloin lopulta ehjän pii"kahva"-kiekon päälle jää ohut kerros kiteistä piitä piidioksidikerroksen päälle. Aaltojohtimet muodostetaan tästä ohuesta kiteisestä kerroksesta. Vaikka nämä piipohjaiset eristekiekot (SOI) mahdollistavat pienihäviöiset piifotoniikka-aaltojohteet, niitä käytetään itse asiassa yleisemmin pienitehoisissa CMOS-piireissä niiden tarjoaman pienen vuotovirran vuoksi.
Piipohjaisia optisia aaltojohteita on monia mahdollisia muotoja, kuten kuvassa 2 on esitetty. Ne vaihtelevat mikroskooppisen mittakaavan germaniumilla seostetuista piidioksidiaaltojohtimista nanomittakaavan piilanka-aaltojohtimiin. Germaniumia sekoittamalla on mahdollista valmistaavaloilmaisimetja sähköinen absorptiomodulaattoritja mahdollisesti jopa optisia vahvistimia. Piitä seostamalla saadaanoptinen modulaattorivoidaan valmistaa. Alhaalla vasemmalta oikealle ovat: piilanka-aaltojohdin, piinitridi-aaltojohdin, piioksinitridi-aaltojohdin, paksu piiharjanne-aaltojohdin, ohut piinitridi-aaltojohdin ja seostettu piiaaltojohdin. Ylhäällä vasemmalta oikealle ovat ehtymismodulaattorit, germanium-fotodetektorit ja germaniumoptiset vahvistimet.
Kuva 2: Piipohjaisen optisen aaltojohdesarjan poikkileikkaus, joka esittää tyypillisiä etenemishäviöitä ja taitekertoimia.
Julkaisun aika: 15.7.2024