Fotonik entegre devre (PIC) malzeme sistemi
Silisyum fotonik, çeşitli işlevleri elde etmek için ışığı yönlendirmek amacıyla silisyum malzemelere dayalı düzlemsel yapılar kullanan bir disiplindir. Burada, fiber optik iletişimler için vericiler ve alıcılar oluşturmada silisyum fotonik uygulamasına odaklanıyoruz. Belirli bir bant genişliğinde, belirli bir ayak izinde ve belirli bir maliyette daha fazla iletim ekleme ihtiyacı arttıkça, silisyum fotonik daha ekonomik hale geliyor. Optik kısım için,fotonik entegrasyon teknolojisikullanılması gerekir ve günümüzdeki en tutarlı alıcı-vericiler ayrı LiNbO3/düzlemsel ışık dalgası devresi (PLC) modülatörleri ve InP/PLC alıcıları kullanılarak üretilir.
Şekil 1: Yaygın olarak kullanılan fotonik entegre devre (PIC) malzeme sistemlerini göstermektedir.
Şekil 1 en popüler PIC malzeme sistemlerini göstermektedir. Soldan sağa silikon bazlı silika PIC (PLC olarak da bilinir), silikon bazlı yalıtkan PIC (silikon fotonik), lityum niyobat (LiNbO3) ve InP ve GaAs gibi III-V grubu PIC'ler. Bu makale silikon bazlı fotoniklere odaklanmaktadır.silikon fotonik, ışık sinyali esas olarak 1,12 elektron voltluk (1,1 mikron dalga boyunda) dolaylı bant aralığına sahip olan silikonda hareket eder. Silikon, fırınlarda saf kristaller halinde büyütülür ve daha sonra günümüzde genellikle 300 mm çapında olan gofretler halinde kesilir. Gofret yüzeyi, bir silika tabakası oluşturmak için oksitlenir. Gofretlerden biri belirli bir derinliğe kadar hidrojen atomlarıyla bombardımana tutulur. Daha sonra iki gofret bir vakumda eritilir ve oksit tabakaları birbirine bağlanır. Montaj, hidrojen iyonu aşılama hattı boyunca kırılır. Daha sonra çatlaktaki silikon tabakası cilalanır ve sonunda silika tabakasının üzerindeki sağlam silikon "sap" gofretinin üzerinde ince bir kristalin Si tabakası bırakır. Bu ince kristalin tabakadan dalga kılavuzları oluşturulur. Bu silikon bazlı yalıtkan (SOI) yongalar düşük kayıplı silikon fotonik dalga kılavuzlarını mümkün kılarken, sağladıkları düşük sızıntı akımı nedeniyle aslında düşük güçlü CMOS devrelerinde daha yaygın olarak kullanılırlar.
Şekil 2'de gösterildiği gibi, silikon tabanlı optik dalga kılavuzlarının birçok olası biçimi vardır. Bunlar, mikro ölçekli germanyum katkılı silika dalga kılavuzlarından nano ölçekli Silikon Tel dalga kılavuzlarına kadar uzanır. Germanyumun harmanlanmasıyla,fotodedektörlerve elektriksel emilimmodülatörlerve hatta muhtemelen optik amplifikatörler. Silisyuma katkı sağlayarak,optik modülatöryapılabilir. Soldan sağa altta şunlar vardır: silikon tel dalga kılavuzu, silikon nitrür dalga kılavuzu, silikon oksinitrür dalga kılavuzu, kalın silikon sırt dalga kılavuzu, ince silikon nitrür dalga kılavuzu ve katkılı silikon dalga kılavuzu. Üstte, soldan sağa, tükenme modülatörleri, germanyum fotodedektörleri ve germanyumoptik amplifikatörler.
Şekil 2: Tipik yayılma kayıplarını ve kırılma indislerini gösteren, silikon tabanlı bir optik dalga kılavuzu serisinin kesiti.
Gönderi zamanı: 15-Tem-2024