Fotonik entegre devre (PIC) malzeme sistemi
Silikon fotoniği, çeşitli işlevleri gerçekleştirmek için ışığı yönlendirmek amacıyla silikon malzemelere dayalı düzlemsel yapılar kullanan bir disiplindir. Burada, fiber optik iletişim için verici ve alıcı oluşturmada silikon fotoniğinin uygulamasına odaklanıyoruz. Belirli bir bant genişliğinde, belirli bir alanda ve belirli bir maliyette daha fazla iletim ekleme ihtiyacı arttıkça, silikon fotoniği daha ekonomik hale gelmektedir. Optik kısım için,fotonik entegrasyon teknolojisiKullanılması zorunludur ve günümüzdeki çoğu tutarlı alıcı-verici, ayrı LiNbO3/düzlemsel ışık dalgası devresi (PLC) modülatörleri ve InP/PLC alıcıları kullanılarak üretilmektedir.
Şekil 1: Yaygın olarak kullanılan fotonik entegre devre (PIC) malzeme sistemlerini göstermektedir.
Şekil 1, en popüler PIC malzeme sistemlerini göstermektedir. Soldan sağa doğru silikon bazlı silika PIC (PLC olarak da bilinir), silikon bazlı yalıtkan PIC (silikon fotonik), lityum niobat (LiNbO3) ve InP ve GaAs gibi III-V grubu PIC'ler yer almaktadır. Bu makale silikon bazlı fotoniğe odaklanmaktadır.silikon fotonikIşık sinyali esas olarak 1,12 elektron voltluk (1,1 mikron dalga boyunda) dolaylı bant aralığına sahip silisyumda ilerler. Silisyum, fırınlarda saf kristaller halinde yetiştirilir ve daha sonra günümüzde tipik olarak 300 mm çapında olan levhalar halinde kesilir. Levha yüzeyi, bir silika tabakası oluşturmak için oksitlenir. Levhalardan biri belirli bir derinliğe kadar hidrojen atomlarıyla bombardıman edilir. Daha sonra iki levha vakumda birleştirilir ve oksit tabakaları birbirine bağlanır. Montaj, hidrojen iyon implantasyon hattı boyunca kırılır. Çatlaktaki silisyum tabakası daha sonra parlatılır ve sonunda silika tabakasının üzerindeki sağlam silisyum "tutucu" levhanın üzerinde ince bir kristal Si tabakası bırakılır. Dalga kılavuzları bu ince kristal tabakadan oluşturulur. Bu silikon bazlı yalıtkan (SOI) levhalar, düşük kayıplı silikon fotonik dalga kılavuzlarını mümkün kılarken, sağladıkları düşük kaçak akım nedeniyle aslında daha çok düşük güç tüketimli CMOS devrelerinde kullanılmaktadır.
Şekil 2'de gösterildiği gibi, silikon bazlı optik dalga kılavuzlarının birçok olası formu vardır. Bunlar, mikro ölçekli germanyum katkılı silika dalga kılavuzlarından nano ölçekli silikon tel dalga kılavuzlarına kadar uzanır. Germanyum karıştırılarak,fotodedektörlerve elektriksel emilimmodülatörlerve hatta muhtemelen optik yükselticiler bile. Silikonu katkılayarak,optik modülatörYapılabilecekler şunlardır: Altta soldan sağa doğru: silikon tel dalga kılavuzu, silikon nitrür dalga kılavuzu, silikon oksinitrür dalga kılavuzu, kalın silikon sırtlı dalga kılavuzu, ince silikon nitrür dalga kılavuzu ve katkılı silikon dalga kılavuzu. Üstte ise soldan sağa doğru, tükenme modülatörleri, germanyum fotodedektörleri ve germanyum yer almaktadır.optik yükselticiler.
Şekil 2: Tipik yayılım kayıplarını ve kırılma indislerini gösteren silikon tabanlı optik dalga kılavuzu serisinin kesiti.
Yayın tarihi: 15 Temmuz 2024