Elfen weithredol ffotoneg silicon

Elfen weithredol ffotoneg silicon

Mae cydrannau gweithredol ffotoneg yn cyfeirio'n benodol at ryngweithiadau deinamig a gynlluniwyd yn fwriadol rhwng golau a mater. Elfen weithredol nodweddiadol o ffotoneg yw modulator optegol. Pob cerrynt sy'n seiliedig ar siliconmodulators optegolyn seiliedig ar yr effaith cludwr plasma rhydd. Gall newid nifer yr electronau rhydd a thyllau mewn deunydd silicon trwy ddopio, dulliau trydanol neu optegol newid ei fynegai plygiannol cymhleth, proses a ddangosir mewn hafaliadau (1,2) a geir trwy osod data gan Soref a Bennett ar donfedd o 1550 nanometr . O'u cymharu ag electronau, mae tyllau yn achosi cyfran fwy o'r newidiadau indecs plygiannol real a dychmygol, hynny yw, gallant gynhyrchu newid cyfnod mwy ar gyfer newid colled penodol, felly mewnModulators Mach-Zehndera modulators cylch, fel arfer mae'n well defnyddio tyllau i'w gwneudmodulators cyfnod.

Yr amrywiolsilicon (Si) modulatordangosir mathau yn Ffigur 10A. Mewn modulator pigiad cludwr, mae golau wedi'i leoli mewn silicon cynhenid ​​​​o fewn cyffordd pin eang iawn, ac mae electronau a thyllau yn cael eu chwistrellu. Fodd bynnag, mae modulatyddion o'r fath yn arafach, fel arfer gyda lled band o 500 MHz, oherwydd mae'n cymryd mwy o amser i ailgyfuno electronau a thyllau rhydd ar ôl y pigiad. Felly, defnyddir y strwythur hwn yn aml fel gwanhawr optegol amrywiol (VOA) yn hytrach na modulator. Mewn modulator disbyddiad cludwr, mae'r rhan ysgafn wedi'i leoli mewn cyffordd pn cul, ac mae lled disbyddu'r gyffordd pn yn cael ei newid gan faes trydan cymhwysol. Gall y modulator hwn weithredu ar gyflymder o fwy na 50Gb/s, ond mae ganddo golled mewnosod cefndir uchel. Y vpil nodweddiadol yw 2 V-cm. Mae modulator lled-ddargludyddion metel ocsid (MOS) (mewn gwirionedd lled-ddargludyddion-ocsid-lled-ddargludyddion) 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'r anfantais o golledion optegol uwch a chynhwysedd uwch fesul hyd uned. Yn ogystal, mae modiwleiddwyr amsugno trydanol SiGe yn seiliedig ar symudiad ymyl band SiGe (aloi Germanium silicon). Yn ogystal, mae modulators graphene sy'n dibynnu ar graphene i newid rhwng amsugno metelau 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 ddyluniadau modulator optegol amrywiol 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 amsugno yw germanium (Ge). Mae Ge yn gallu amsugno golau ar donfeddi i lawr i tua 1.6 micron. Ar y chwith mae'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 ddiffyg cyfatebiaeth delltog o 4%, ac er mwyn lleihau'r dadleoliad, mae haen denau o SiGe yn cael ei dyfu gyntaf fel haen glustogi. Mae dopio math N yn cael ei berfformio ar ben haen Ge. Mae ffotodiod metel-lled-ddargludydd-metel (MSM) yn cael ei ddangos yn y canol, ac APD (eirlithriadau Ffotosynhwyrydd) yn cael ei ddangos ar y dde. Mae rhanbarth eirlithriadau yn APD wedi'i leoli yn Si, sydd â nodweddion sŵn is o'i gymharu â'r rhanbarth eirlithriadau mewn deunyddiau elfennol Grŵp III-V.

Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw atebion â manteision amlwg wrth integreiddio enillion optegol â ffotoneg silicon. Mae Ffigur 11 yn dangos nifer o opsiynau posibl wedi'u trefnu yn ôl lefel y cynulliad. Ar y chwith eithaf mae integreiddiadau monolithig sy'n cynnwys defnyddio germaniwm (Ge) a dyfwyd yn epitacsiaidd fel deunydd cynnydd optegol, canllawiau tonnau gwydr wedi'u dopio erbium (Er) (fel Al2O3, sy'n gofyn am bwmpio optegol), a gallium arsenide a dyfwyd yn epitacsiaidd (GaAs). ) dotiau cwantwm. Y golofn nesaf yw cydosod wafer i wafferi, sy'n cynnwys bondio ocsid a organig yn rhanbarth ennill grŵp III-V. Y golofn nesaf yw cydosod sglodion-i-wafer, sy'n cynnwys mewnosod y sglodion grŵp III-V i mewn i geudod y wafer silicon ac yna peiriannu strwythur y waveguide. Mantais y dull tair colofn 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 cydosod sglodion-i-sglodyn, gan gynnwys cyplu sglodion silicon yn uniongyrchol â sglodion grŵp III-V, yn ogystal â chyplu trwy lens a chyplyddion gratio. Mae'r duedd tuag at gymwysiadau masnachol yn symud o ochr dde i ochr chwith y siart tuag at atebion mwy integredig ac integredig.

Ffigur 11: Sut mae cynnydd 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.