Elfen weithredol ffotonics silicon

Elfen weithredol ffotonics silicon

Mae cydrannau gweithredol ffotoneg yn cyfeirio'n benodol at ryngweithio deinamig a ddyluniwyd yn fwriadol rhwng golau a mater. Mae cydran weithredol nodweddiadol o ffotoneg yn fodulator optegol. Pob silicon cyfredolModwleiddwyr Optegolyn seiliedig ar yr effaith cludwr di -plasma. Gan newid nifer yr electronau a thyllau rhydd mewn deunydd silicon trwy ddopio, gall dulliau trydanol neu optegol newid ei fynegai plygiannol cymhleth, proses a ddangosir yn hafaliadau (1,2) a gafwyd trwy ffitio data o Soref a Bennett ar donfedd o 1550 nanometr. O'i gymharu ag electronau, mae tyllau yn achosi cyfran fwy o'r newidiadau mynegai plygiannol go iawn a dychmygol, hynny yw, gallant gynhyrchu newid cyfnod mwy ar gyfer newid colled penodol, felly ynModwleiddwyr Mach-Zehndera modwleiddwyr cylch, fel rheol mae'n well defnyddio tyllau i'w gwneudModwleiddwyr cyfnod.

Yr amrywiolModulator Silicon (SI)Dangosir y mathau yn Ffigur 10a. Mewn modulator chwistrelliad cludwr, mae golau wedi'i leoli mewn silicon cynhenid ​​o fewn cyffordd pin eang iawn, a chwistrellir electronau a thyllau. Fodd bynnag, mae modwleiddwyr o'r fath yn arafach, yn nodweddiadol gyda lled band o 500 MHz, oherwydd bod electronau a thyllau rhydd yn cymryd mwy o amser i ailgyfuno ar ôl y pigiad. Felly, defnyddir y strwythur hwn yn aml fel attenuator optegol amrywiol (VOA) yn hytrach na modulator. Mewn modulator disbyddu cludwr, mae'r gyfran ysgafn wedi'i lleoli mewn cyffordd PN gul, ac mae lled disbyddu cyffordd y PN yn cael ei newid gan faes trydan cymhwysol. Gall y modulator hwn weithredu ar gyflymder sy'n fwy na 50GB/s, ond mae ganddo golled mewnosod cefndir uchel. Y VPIL nodweddiadol yw 2 V-CM. Mae modulator lled-ddargludyddion ocsid metel (MOS) (lled-ddargludyddion-ocsid-semiconductor) yn cynnwys haen denau ocsid mewn cyffordd PN. Mae'n caniatáu rhywfaint o gronni cludwyr yn ogystal â disbyddu cludwyr, gan ganiatáu vπl llai o tua 0.2 V-CM, ond mae ganddo anfantais colledion optegol uwch a chynhwysedd uwch fesul hyd uned. Yn ogystal, mae modwleiddwyr amsugno trydanol SIGE yn seiliedig ar symudiad ymyl band SIGE (aloi silicon germanium). Yn ogystal, mae modwleiddwyr graphene sy'n dibynnu ar graphene i newid rhwng metelau amsugno ac ynysyddion tryloyw. Mae'r rhain yn dangos amrywiaeth cymwysiadau gwahanol fecanweithiau i gyflawni modiwleiddio signal optegol cyflym, colled isel.

Ffigur 10: (a) Diagram trawsdoriadol o amrywiol ddyluniadau modulator optegol sy'n seiliedig ar silicon a (b) diagram trawsdoriadol o ddyluniadau synhwyrydd optegol.

Dangosir sawl synhwyrydd golau sy'n seiliedig ar silicon yn Ffigur 10b. Y deunydd sy'n amsugno yw Germanium (GE). Mae GE yn gallu amsugno golau ar donfeddi i lawr i tua 1.6 micron. Dangosir ar y chwith yw'r strwythur pin mwyaf llwyddiannus yn fasnachol heddiw. Mae'n cynnwys silicon dop-math p y mae GE yn tyfu arno. Mae gan Ge a Si gamgymhariad dellt 4%, ac er mwyn lleihau'r dadleoliad, tyfir haen denau o SIGE gyntaf fel haen byffer. Perfformir dopio math N ar ben haen GE. Dangosir ffotodiode metel-lled-ddargludyddion-metel (MSM) yn y canol, ac APD (Avalanche Photodetector) yn cael ei ddangos ar y dde. Mae rhanbarth Avalanche yn APD wedi'i leoli yn Si, sydd â nodweddion sŵn is o'i gymharu â rhanbarth Avalanche yn deunyddiau elfennol Grŵp III-V.

Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw atebion gyda manteision amlwg wrth integreiddio enillion optegol â ffotoneg silicon. Mae Ffigur 11 yn dangos sawl opsiwn posibl a drefnir yn ôl lefel y cynulliad. Ar y chwith pellaf mae integreiddiadau monolithig sy'n cynnwys defnyddio germaniwm (GE) a dyfir yn epitaxially fel deunydd ennill optegol, tonnau tonnau gwydr wedi'u dopio gan erbium (ER) (fel AL2O3, sy'n gofyn am bwmpio optegol), a dotiau mantwm gallium arsenide (Gaas) wedi'u tyfu'n epitaxially. Mae'r golofn nesaf yn wafer i gynulliad wafer, sy'n cynnwys bondio ocsid a organig yn rhanbarth ennill grŵp III-V. Y golofn nesaf yw cynulliad sglodion-i-wafer, sy'n cynnwys ymgorffori'r sglodyn grŵp III-V yng ngheudod y wafer silicon ac yna peiriannu'r strwythur tonnau tonnau. Mantais y dull tri cholofn cyntaf hwn yw y gellir profi'r ddyfais yn gwbl weithredol y tu mewn i'r wafer cyn ei thorri. Y golofn dde-fwyaf yw cynulliad sglodion-i-sglodion, gan gynnwys cyplu uniongyrchol sglodion silicon i sglodion grŵp III-V, yn ogystal â chyplysu trwy lens a chyplyddion gratio. Mae'r duedd tuag at gymwysiadau masnachol yn symud o'r dde i ochr chwith y siart tuag at atebion mwy integredig ac integredig.

Ffigur 11: Sut mae enillion optegol yn cael ei integreiddio i ffotoneg sy'n seiliedig ar silicon. Wrth i chi symud o'r chwith i'r dde, mae'r pwynt mewnosod gweithgynhyrchu yn symud yn ôl yn y broses yn raddol.