Silicia fotonika aktiva elemento
Fotonikaj aktivaj komponentoj rilatas specife al intencite dizajnitaj dinamikaj interagoj inter lumo kaj materio. Tipa aktiva komponento de fotoniko estas optika modulatoro. Ĉiuj nunaj silicio-bazitajoptikaj modulilojestas bazitaj sur la plasma libera portanta efiko. Ŝanĝi la nombron da liberaj elektronoj kaj truoj en silicia materialo per dopado, elektraj aŭ optikaj metodoj povas ŝanĝi ĝian kompleksan refraktan indicon, procezon montritan en ekvacioj (1,2) akiritaj konvenante datenojn de Soref kaj Bennett je ondolongo de 1550 nanometroj. . Kompare kun elektronoj, truoj kaŭzas pli grandan proporcion de la realaj kaj imagaj refraktaj indeksŝanĝoj, tio estas, ili povas produkti pli grandan fazŝanĝon por antaŭfiksita perdŝanĝo, do enMach-Zehnder-modulilojkaj ringmodulatoroj, oni kutime preferas uzi truojn por farifazaj moduliloj.
La diversajsilicio (Si) modulatorotipoj estas montritaj en Figuro 10A. En portanta injektomodulilo, lumo situas en interna silicio ene de tre larĝa stifta krucvojo, kaj elektronoj kaj truoj estas injektitaj. Tamen, tiaj moduliloj estas pli malrapidaj, tipe kun bendolarĝo de 500 MHz, ĉar liberaj elektronoj kaj truoj daŭras pli longe por rekombini post injekto. Tial, tiu strukturo ofte estas utiligita kiel varia optika atenuilo (VOA) prefere ol modulatoro. En portanta malplenigmodulilo, la malpeza parto situas en mallarĝa pn-krucvojo, kaj la malpleniglarĝo de la pn-krucvojo estas ŝanĝita per aplikata elektra kampo. Ĉi tiu modulilo povas funkcii kun rapidoj pli ol 50Gb/s, sed havas altan fonan enmetperdon. La tipa vpilo estas 2 V-cm. Metaloksida duonkonduktaĵo (MOS) (fakte duonkonduktaĵo-oksido-semikonduktaĵo) modulilo enhavas maldikan oksidtavolon en pn-krucvojo. Ĝi permesas iun aviad-kompanian amasiĝon same kiel aviad-kompaniomalplenigon, permesante pli malgrandan VπL de proksimume 0.2 V-cm, sed havas la malavantaĝon de pli altaj optikaj perdoj kaj pli altan kapacitancon je unuolongo. Krome, ekzistas SiGe-elektraj sorbadmoduliloj bazitaj sur SiGe (silicio-Germanio-alojo) bandomovado. Krome, ekzistas grafenaj moduliloj kiuj dependas de grafeno por ŝanĝi inter absorbaj metaloj kaj travideblaj izoliloj. Tiuj montras la diversecon de aplikoj de malsamaj mekanismoj por atingi altrapidan, malalt-perdan optikan signalmoduladon.
Figuro 10: (A) Trans-sekca diagramo de diversaj silicio-bazitaj optikaj modulatordezajnoj kaj (B) trans-sekca diagramo de optikaj detektilaj dezajnoj.
Pluraj silicio-bazitaj lumdetektiloj estas montritaj en Figuro 10B. La absorba materialo estas germanio (Ge). Ge kapablas sorbi lumon je ondolongoj ĝis proksimume 1.6 mikronoj. Montrita maldekstre estas la plej komerce sukcesa pinglostrukturo hodiaŭ. Ĝi estas kunmetita de P-speca dopita silicio sur kiu Ge kreskas. Ge kaj Si havas 4% kradan miskongruon, kaj por minimumigi la delokiĝon, maldika tavolo de SiGe unue estas kreskigita kiel bufrotavolo. N-tipa dopado estas farita sur la supro de Ge-tavolo. Metal-duonkonduktaĵo-metala (MSM) fotodiodo estas montrita en la mezo, kaj APD (lavango Fotodetektilo) estas montrita dekstre. La lavangoregiono en APD situas en Si, kiu havas pli malaltajn bruokarakterizaĵojn komparite kun la lavangoregiono en Group III-V elementaj materialoj.
Nuntempe, ne ekzistas solvoj kun evidentaj avantaĝoj en integrado de optika gajno kun silicia fotoniko. Figuro 11 montras plurajn eblajn opciojn organizitajn laŭ kunignivelo. Maldekstre estas monolitaj integriĝoj kiuj inkludas la uzon de epitaksie kreskigita germanio (Ge) kiel optika gajnomaterialo, erbi-dopitaj (Er) vitro-ondgvidiloj (kiel ekzemple Al2O3, kiu postulas optikan pumpadon), kaj epitaksie kreskigita galiumarsenido (GaAs). ) kvantumpunktoj. La venonta kolono estas oblato al oblata asembleo, implikante oksidon kaj organikan ligon en la III-V-grupa gajnregiono. La venonta kolono estas blat-al-oblata kunigo, kiu implikas enkonstrui la III-V gruppeceton en la kavaĵon de la silicioblato kaj tiam maŝinprilabori la ondgvidstrukturon. La avantaĝo de ĉi tiu unua tri kolumna alproksimiĝo estas ke la aparato povas esti plene funkcia provita ene de la oblato antaŭ tranĉado. La plej dekstra kolumno estas blat-al-peceta kunigo, inkluzive de rekta kunligo de siliciaj fritoj al III-V grupfritoj, same kiel kunligado per lenso kaj kradkluĉiloj. La tendenco al komercaj aplikoj moviĝas de la dekstra al la maldekstra flanko de la diagramo al pli integraj kaj integraj solvoj.
Figuro 11: Kiel optika gajno estas integrita al silicio-bazita fotoniko. Dum vi moviĝas de maldekstre dekstren, la fabrikada enmeta punkto iom post iom moviĝas reen en la procezo.
Afiŝtempo: Jul-22-2024