Silicon Photonics Active Element
Photonics -aktivaj komponentoj raportas specife al intence desegnitaj dinamikaj interagoj inter lumo kaj materio. Tipa aktiva komponento de fotoniko estas optika modulatoro. Ĉiuj aktualaj silici-bazitajoptikaj modulatorojbaziĝas sur la plasma libera portanta efiko. Ŝanĝi la nombron de senpagaj elektronoj kaj truoj en silicia materialo per dopado, elektraj aŭ optikaj metodoj povas ŝanĝi ĝian kompleksan refraktan indekson, procezo montrita en ekvacioj (1,2) akiritaj per konvenado de datumoj de Soref kaj Bennett je ondolongo de 1550 nanometroj. Kompare kun elektronoj, truoj kaŭzas pli grandan proporcion de la realaj kaj imagaj refraktaj indeksaj ŝanĝoj, tio estas, ili povas produkti pli grandan fazŝanĝon por donita perdo -ŝanĝo, do enMach-Zehnder-Modulatorojkaj ringaj modulatoroj, estas kutime prefere uzi truojn por fariFazaj Modulatoroj.
La diversajSilicio (SI) ModulatoroTipoj estas montritaj en Figuro 10a. En portanta injekto -modulilo, lumo situas en intrinseka silicio ene de tre larĝa pinglo -krucvojo, kaj elektronoj kaj truoj estas injektitaj. Tamen, tiaj modulatoroj estas pli malrapidaj, tipe kun larĝa bando de 500 MHz, ĉar liberaj elektronoj kaj truoj daŭras pli longe por rekombini post injekto. Tial ĉi tiu strukturo ofte estas uzata kiel ŝanĝiĝema optika atenuilo (VOA) prefere ol modulatoro. En modulilo de portanta elfluado, la malpeza porcio situas en mallarĝa PN -krucvojo, kaj la elĉerpa larĝo de la PN -krucvojo estas ŝanĝita per aplikata elektra kampo. Ĉi tiu modulatoro povas funkcii je rapidecoj pli ol 50GB/s, sed havas altan fonan enmetan perdon. La tipa VPIL estas 2 v-cm. Metala oksida semikonduktaĵo (MOS) (efektive semikonduktaĵ-oksido-duonkondukta) modulatoro enhavas maldikan oksidan tavolon en PN-krucvojo. Ĝi permesas iom da portanta amasiĝo same kiel portanta elfluado, permesante pli malgrandan VπL de ĉirkaŭ 0,2 v-cm, sed havas la malavantaĝon de pli altaj optikaj perdoj kaj pli altan kapacitancon por unuo-longo. Krome, ekzistas SIGE -elektraj absorbaj modulatoroj bazitaj sur SIGE (Silicon Germanium Alojo) Band Edge Movement. Krome, estas grafenaj modulatoroj, kiuj dependas de grafeno por ŝanĝi inter sorbaj metaloj kaj travideblaj izoliloj. Ĉi tiuj pruvas la diversecon de aplikoj de malsamaj mekanismoj por atingi altrapidan, malalt-perdan optikan signalan moduladon.
Figuro 10: (a) transversa diagramo de diversaj silicio-bazitaj optikaj modulatoroj kaj (b) transversa diagramo de optikaj detektilaj desegnoj.
Pluraj lum-bazitaj lumaj detektiloj estas montritaj en Figuro 10b. La sorba materialo estas germanio (GE). GE kapablas sorbi lumon ĉe ondolongoj ĝis ĉirkaŭ 1,6 mikronoj. Montrita maldekstre estas la plej komerce sukcesa pinglo -strukturo hodiaŭ. Ĝi estas kunmetita de P-tipo dopita silicio sur kiu GE kreskas. GE kaj SI havas 4% latilon, kaj por minimumigi la dislimon, maldika tavolo de SIGE unue kreskas kiel bufra tavolo. N-tipo-dopado estas farita sur la supro de GE-tavolo. Fotodiodo de metal-semikonduktaĵa metalo (MSM) estas montrita en la mezo, kaj APD (Avalanche Photodetector) estas montrita dekstre. La Avalanga Regiono en APD situas en SI, kiu havas pli malaltajn bruajn trajtojn kompare kun la Avalanga Regiono en Elementaj Materialoj de Grupo III.
Nuntempe ne ekzistas solvoj kun evidentaj avantaĝoj en integriĝo de optika gajno kun silicia fotoniko. Figuro 11 montras plurajn eblajn eblojn organizitajn laŭ muntada nivelo. En la malproksima maldekstro estas monolitikaj integriĝoj, kiuj inkluzivas la uzon de epitaksie kreskigita germanio (GE) kiel optika gajno-materialo, erbium-dopitaj (ER) vitraj gvidiloj (kiel AL2O3, kiu postulas optikan pumpadon), kaj epitaksie kreskitajn gallium arsenidon (GaAs) kvantajn punktojn. La sekva kolumno estas Wafer to Wafer Assembly, implikante rusto kaj organika ligado en la III-V-grupo-regiono. La sekva kolumno estas ĉifona asembleo, kiu implikas enmeti la iii-V-grupan blaton en la kavon de la silicia ondo kaj poste maŝinado de la ondo-strukturo. La avantaĝo de ĉi tiu unua tri kolumna aliro estas, ke la aparato povas esti plene funkcia testita ene de la ondo antaŭ ol tranĉi. La dekstra-plej kolumno estas ĉifona-al-blata asembleo, inkluzive de rekta kuplado de siliciaj blatoj al iii-V-grupaj blatoj, same kiel kuplado per lenso kaj kradaj paroj. La tendenco al komercaj aplikoj moviĝas de dekstre al la maldekstra flanko de la diagramo al pli integritaj kaj integritaj solvoj.
Figuro 11: Kiel optika gajno estas integrita en silicio-bazita fotoniko. Dum vi moviĝas de maldekstre dekstren, la fabrikada enmeta punkto iom post iom moviĝas reen en la procezo.
Afiŝotempo: jul-22-2024