Aktibo nga elemento sa Silicon photonics

Aktibo nga elemento sa Silicon photonics

Ang mga aktibong sangkap sa Photonics espesipikong nagtumong sa tinuyo nga gidisenyo nga dinamikong interaksyon tali sa kahayag ug butang. Usa ka tipikal nga aktibo nga sangkap sa photonics mao ang usa ka optical modulator. Ang tanan nga kasamtangan nga nakabase sa siliconoptical modulatorsgibase sa plasma free carrier effect. Ang pagbag-o sa gidaghanon sa mga libre nga electron ug mga lungag sa usa ka silikon nga materyal pinaagi sa doping, elektrikal o optical nga mga pamaagi makausab sa iyang komplikado nga refractive index, usa ka proseso nga gipakita sa mga equation (1,2) nga nakuha pinaagi sa pagtakdo sa datos gikan sa Soref ug Bennett sa wavelength nga 1550 nanometer. . Kung itandi sa mga electron, ang mga lungag hinungdan sa usa ka mas dako nga proporsiyon sa tinuod ug hinanduraw nga mga pagbag-o sa refractive index, nga mao, makahimo sila og mas dako nga pagbag-o sa hugna alang sa usa ka pagbag-o sa pagkawala, mao nga saMach-Zehnder modulatorsug mga modulator sa singsing, kasagaran gipalabi ang paggamit sa mga lungag aron mahimophase modulators.

Ang lainlainsilikon (Si) modulatormatang gipakita sa Figure 10A. Sa usa ka carrier injection modulator, ang kahayag nahimutang sa intrinsic silicon sulod sa usa ka lapad kaayo nga pin junction, ug ang mga electron ug mga lungag gi-injected. Bisan pa, ang ingon nga mga modulator mas hinay, kasagaran nga adunay bandwidth nga 500 MHz, tungod kay ang mga libre nga mga electron ug mga lungag mas dugay aron mahiusa pag-usab pagkahuman sa pag-injection. Busa, kini nga istruktura sagad gigamit ingon usa ka variable optical attenuator (VOA) kaysa usa ka modulator. Sa usa ka carrier depletion modulator, ang kahayag nga bahin nahimutang sa usa ka pig-ot nga pn junction, ug ang pagkunhod sa gilapdon sa pn junction giusab sa usa ka gigamit nga electric field. Kini nga modulator mahimong molihok sa katulin nga sobra sa 50Gb/s, apan adunay taas nga pagkawala sa pagsal-ot sa background. Ang kasagaran nga vpil kay 2 V-cm. Ang usa ka metal oxide semiconductor (MOS) (sa tinuud nga semiconductor-oxide-semiconductor) modulator adunay usa ka manipis nga layer sa oxide sa usa ka pn junction. Gitugotan niini ang pipila nga pagtipon sa carrier ingon man ang pagkunhod sa carrier, nga gitugotan ang usa ka gamay nga VπL nga mga 0.2 V-cm, apan adunay disbentaha sa mas taas nga pagkawala sa optical ug mas taas nga kapasidad matag yunit nga gitas-on. Dugang pa, adunay mga SiGe electrical absorption modulators base sa SiGe (silicon Germanium alloy) band edge movement. Dugang pa, adunay mga graphene modulators nga nagsalig sa graphene sa pagbalhin tali sa pagsuhop sa mga metal ug transparent nga mga insulator. Gipakita niini ang pagkalainlain sa mga aplikasyon sa lainlaing mga mekanismo aron makab-ot ang high-speed, low-loss optical signal modulation.

Figure 10: (A) Cross-sectional diagram sa nagkalain-laing silicon-based optical modulator designs ug (B) cross-sectional diagram sa optical detector designs.

Daghang mga silicon-based nga light detector ang gipakita sa Figure 10B. Ang mosuhop nga materyal mao ang germanium (Ge). Ang Ge makahimo sa pagsuhop sa kahayag sa mga wavelength hangtod sa mga 1.6 microns. Gipakita sa wala mao ang labing malampuson nga komersyal nga istruktura sa pin karon. Kini gilangkoban sa P-type nga doped silicon diin ang Ge motubo. Ang Ge ug Si adunay 4% nga lattice mismatch, ug aron mamenosan ang dislokasyon, usa ka nipis nga layer sa SiGe ang unang gipatubo isip buffer layer. Ang N-type nga doping gihimo sa ibabaw sa Ge layer. Usa ka metal-semiconductor-metal (MSM) photodiode gipakita sa tunga, ug usa ka APD (avalanche nga Photodetector) gipakita sa tuo. Ang avalanche nga rehiyon sa APD nahimutang sa Si, nga adunay mas ubos nga mga kinaiya sa kasaba kumpara sa avalanche nga rehiyon sa Group III-V elemental nga mga materyales.

Sa pagkakaron, wala'y mga solusyon nga adunay klaro nga mga bentaha sa pag-integrate sa optical gain sa silicon photonics. Gipakita sa Figure 11 ang daghang posible nga mga kapilian nga giorganisar sa lebel sa asembliya. Sa halayong wala mao ang monolithic integrations nga naglakip sa paggamit sa epitaxially grown germanium (Ge) isip optical gain material, erbium-doped (Er) glass waveguides (sama sa Al2O3, nga nagkinahanglan og optical pumping), ug epitaxially grown gallium arsenide (GaAs). ) quantum tuldok. Ang sunod nga kolum mao ang wafer to wafer assembly, nga naglambigit sa oxide ug organic bonding sa III-V group gain region. Ang sunod nga kolum mao ang chip-to-wafer assembly, nga naglakip sa pag-embed sa III-V group chip ngadto sa lungag sa silicon wafer ug dayon pag-machin sa waveguide structure. Ang bentaha sa una nga tulo ka kolum nga pamaagi mao nga ang aparato mahimong hingpit nga magamit nga gisulayan sa sulod sa wafer sa wala pa pagputol. Ang labing tuo nga kolum mao ang chip-to-chip assembly, lakip ang direktang pagdugtong sa mga silicon chips ngadto sa III-V group chips, ingon man ang pagdugtong pinaagi sa lens ug grating couplers. Ang uso ngadto sa komersyal nga mga aplikasyon nagalihok gikan sa tuo ngadto sa wala nga bahin sa tsart ngadto sa mas integrated ug integrated nga mga solusyon.

Figure 11: Giunsa ang optical gain gisagol sa mga photonic nga nakabase sa silicon. Sa imong paglihok gikan sa wala ngadto sa tuo, ang manufacturing insertion point anam-anam nga mobalik sa proseso.