Fotoninen integroitu piiri (PIC) materiaalijärjestelmä

Fotoninen integroitu piiri (PIC) materiaalijärjestelmä

Piifotoniikka on tieteenala, joka käyttää piimateriaaleihin perustuvia tasomaisia ​​rakenteita valon ohjaamiseen erilaisten toimintojen saavuttamiseksi. Keskitymme tässä piifotoniikan soveltamiseen kuituoptisen viestinnän lähettimien ja vastaanottimien luomisessa. Kun tarve lisätä lähetystä tietyllä kaistanleveydellä, tietyllä jalanjäljellä ja tietyllä kustannuksilla kasvaa, piifotoniikka tulee taloudellisemmin järkevämmäksi. Optisen osan osaltafotoninen integraatiotekniikkaon käytettävä, ja useimmat koherentit lähetin-vastaanottimet on rakennettu käyttämällä erillisiä LiNbO3/planar light-wave circuit (PLC) -modulaattoreita ja InP/PLC-vastaanottimia.

Kuva 1: Esittää yleisesti käytetyt fotoniset integroidut piirit (PIC) materiaalijärjestelmät.

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. sisäänpiin fotoniikka, valosignaali kulkee pääasiassa piissä, jonka epäsuora kaistaväli on 1,12 elektronivolttia (aallonpituudella 1,1 mikronia). Pii kasvatetaan puhtaiden kiteiden muodossa uuneissa ja leikataan sitten kiekoiksi, jotka ovat nykyään tyypillisesti halkaisijaltaan 300 mm. Kiekon pinta hapetetaan piidioksidikerroksen muodostamiseksi. Yhtä kiekkoa pommitetaan vetyatomeilla tiettyyn syvyyteen asti. Sitten kaksi kiekkoa sulatetaan tyhjiössä ja niiden oksidikerrokset sitoutuvat toisiinsa. Kokoonpano katkeaa vetyionin istutuslinjaa pitkin. Sitten halkeaman kohdalla oleva piikerros kiillotetaan, jolloin jää lopulta ohut kerros kiteistä Si:tä koskemattoman pii"kahvan" kiekon päälle piikerroksen päälle. Tästä ohuesta kidekerroksesta muodostuu aaltoputkia. Vaikka nämä piipohjaiset eristekiekot (SOI) tekevät pienihäviöisistä piifotonisista aaltoputkista mahdollisia, niitä käytetään itse asiassa yleisemmin pienitehoisissa CMOS-piireissä niiden tarjoaman alhaisen vuotovirran vuoksi.

Piipohjaisia ​​optisia aaltoputkia on monia mahdollisia muotoja, kuten kuvassa 2. Ne vaihtelevat mikromittakaavaisista germanium-seostetuista piidioksidiaaltoputkista nanomittakaavaisiin piilanka-aaltoputkiin. Germaniumia sekoittamalla on mahdollista valmistaavaloilmaisimetja sähkön absorptiomodulaattoritja mahdollisesti jopa optisia vahvistimia. Seottamalla piitä, anoptinen modulaattorivoidaan tehdä. Alhaalta vasemmalta oikealle ovat: piilanka-aaltoputki, piinitridiaaltoputki, piioksinitridiaaltoputki, paksu piiharja-aaltoputki, ohut piinitridiaaltoputki ja seostettu piiaaltoputki. Yläosassa, vasemmalta oikealle, ovat tyhjennysmodulaattorit, germaniumvalodetektorit ja germaniumoptiset vahvistimet.

Kuva 2: Poikkileikkaus piipohjaisesta optisesta aaltoputkisarjasta, jossa näkyy tyypilliset etenemishäviöt ja taitekertoimet.