Silikon fotonika faol elementi

Silikon fotonika faol elementi

Fotonikaning faol komponentlari, xususan, yorug'lik va materiya o'rtasidagi ataylab ishlab chiqilgan dinamik o'zaro ta'sirlarni anglatadi. Fotonikaning odatiy faol komponenti optik modulyatordir. Hozirgi kunda kremniy asosidagi barchaoptik modulyatorlarplazma erkin tashuvchisi effektiga asoslangan. Kremniy materialidagi erkin elektronlar va teshiklar sonini qo'shib, elektr yoki optik usullar bilan o'zgartirish uning murakkab sinish ko'rsatkichini o'zgartirishi mumkin, bu jarayon Soref va Bennettdan 1550 nanometr to'lqin uzunligida ma'lumotlarni moslashtirish orqali olingan (1,2) tenglamalarda ko'rsatilgan. Elektronlar bilan taqqoslaganda, teshiklar haqiqiy va xayoliy sinish ko'rsatkichi o'zgarishlarining katta qismini keltirib chiqaradi, ya'ni ular ma'lum bir yo'qotish o'zgarishi uchun kattaroq faza o'zgarishini keltirib chiqarishi mumkin, shuning uchunMach-Zehnder modulyatorlariva halqa modulyatorlarida odatda teshiklardan foydalanish afzalroqfaza modulyatorlari.

Turli xilkremniy (Si) modulyatoriturlari 10A-rasmda ko'rsatilgan. Tashuvchi in'ektsiya modulyatorida yorug'lik juda keng pinli birikma ichida ichki kremniyda joylashgan va elektronlar va teshiklar in'ektsiya qilinadi. Biroq, bunday modulyatorlar sekinroq, odatda 500 MGts o'tkazish qobiliyatiga ega, chunki erkin elektronlar va teshiklar in'ektsiyadan keyin rekombinatsiya qilish uchun ko'proq vaqt talab etadi. Shuning uchun, bu struktura ko'pincha modulyator emas, balki o'zgaruvchan optik susaytirgich (VOA) sifatida ishlatiladi. Tashuvchining kamayishi modulyatorida yorug'lik qismi tor pn birikmasida joylashgan va pn birikmasining kamayishi kengligi qo'llaniladigan elektr maydoni tomonidan o'zgartiriladi. Ushbu modulyator 50 Gb/s dan yuqori tezlikda ishlashi mumkin, ammo yuqori fon kiritish yo'qotishiga ega. Odatda vpil 2 V-sm3 ga teng. Metall oksidi yarimo'tkazgich (MOS) (aslida yarimo'tkazgich-oksid-yarim o'tkazgich) modulyatori pn birikmasida yupqa oksid qatlamini o'z ichiga oladi. Bu tashuvchilarning to'planishiga, shuningdek, tashuvchilarning kamayishiga imkon beradi, bu taxminan 0,2 V-sm3 ga teng kichikroq VπL ni ta'minlaydi, ammo optik yo'qotishlarning yuqoriligi va birlik uzunlik uchun yuqori sig'im kabi kamchiliklarga ega. Bundan tashqari, SiGe (kremniy Germaniy qotishmasi) tasma chekkasining harakatiga asoslangan SiGe elektr yutilish modulyatorlari mavjud. Bundan tashqari, yutuvchi metallar va shaffof izolyatorlar o'rtasida o'tish uchun grafenga tayanadigan grafen modulyatorlari mavjud. Bular yuqori tezlikdagi, past yo'qotishli optik signal modulyatsiyasiga erishish uchun turli mexanizmlarning qo'llanilishlarining xilma-xilligini namoyish etadi.

10-rasm: (A) Turli xil kremniy asosidagi optik modulyator dizaynlarining kesma diagrammasi va (B) optik detektor dizaynlarining kesma diagrammasi.

10B-rasmda kremniy asosidagi bir nechta yorug'lik detektorlari ko'rsatilgan. Yutuvchi material germaniy (Ge). Ge taxminan 1,6 mikrongacha bo'lgan to'lqin uzunliklarida yorug'likni yuta oladi. Chapda bugungi kunda eng muvaffaqiyatli pin tuzilishi ko'rsatilgan. U Ge o'sadigan P-turdagi lehimlangan kremniydan iborat. Ge va Si 4% panjara mos kelmasligiga ega va dislokatsiyani minimallashtirish uchun avval bufer qatlami sifatida SiGe ning yupqa qatlami o'stiriladi. Ge qatlamining yuqori qismida N-turdagi lehimlash amalga oshiriladi. O'rtada metall-yarim o'tkazgich-metall (MSM) fotodiod va APD (Ko'chki fotodetektori) o'ng tomonda ko'rsatilgan. APDdagi ko'chki mintaqasi Si da joylashgan bo'lib, u III-V guruh elementar materiallaridagi ko'chki mintaqasiga nisbatan pastroq shovqin xususiyatlariga ega.

Hozirgi vaqtda optik kuchaytirishni kremniy fotonika bilan integratsiyalashda aniq afzalliklarga ega yechimlar mavjud emas. 11-rasmda yig'ish darajasi bo'yicha tashkil etilgan bir nechta mumkin bo'lgan variantlar ko'rsatilgan. Eng chap tomonda optik kuchaytirish materiali sifatida epitaksial ravishda o'stirilgan germaniy (Ge) dan foydalanishni, erbiy bilan qo'shilgan (Er) shisha to'lqin yo'riqnomalari (masalan, optik nasosni talab qiladigan Al2O3) va epitaksial ravishda o'stirilgan galliy arsenid (GaAs) kvant nuqtalarini o'z ichiga olgan monolit integratsiyalar mavjud. Keyingi ustun III-V guruh kuchaytirish mintaqasida oksid va organik bog'lanishni o'z ichiga olgan plastinkadan plastinkaga yig'ishdir. Keyingi ustun chipdan plastinkaga yig'ishdir, bu III-V guruh chipini kremniy plastinkaning bo'shlig'iga joylashtirishni va keyin to'lqin yo'riqnomasi tuzilishini qayta ishlashni o'z ichiga oladi. Ushbu birinchi uchta ustunli yondashuvning afzalligi shundaki, qurilma kesishdan oldin plastinka ichida to'liq funktsional sinovdan o'tkazilishi mumkin. Eng o'ng ustun chipdan chipga yig'ishdir, bu kremniy chiplarini III-V guruh chiplariga to'g'ridan-to'g'ri ulashni, shuningdek, linzalar va panjara ulagichlari orqali ulashni o'z ichiga oladi. Tijorat ilovalariga yo'naltirilgan tendentsiya jadvalning o'ng tomonidan chapga, yanada integratsiyalashgan va integratsiyalashgan yechimlarga o'tmoqda.

11-rasm: Optik kuchaytirish kremniy asosidagi fotonikalarga qanday integratsiya qilinadi. Chapdan o'ngga siljiganingizda, ishlab chiqarishni kiritish nuqtasi jarayon davomida asta-sekin orqaga siljiydi.