Aktibong elemento sa silikon nga photonics

Aktibong elemento sa silikon nga photonics

Ang mga aktibong sangkap sa Photonics espesipikong nagtumong sa tinuyo nga gidisenyo nga dinamikong interaksyon tali sa kahayag ug materya. Usa ka tipikal nga aktibong sangkap sa photonics mao ang optical modulator. Ang tanan nga kasamtangang silicon-basedmga modulator sa optikagibase sa plasma free carrier effect. Ang pag-usab sa gidaghanon sa libreng electron ug holes sa usa ka silicon material pinaagi sa doping, electrical o optical methods makausab sa komplikado nga refractive index niini, usa ka proseso nga gipakita sa equations (1,2) nga nakuha pinaagi sa pag-fit sa data gikan ni Soref ug Bennett sa wavelength nga 1550 nanometers. Kon itandi sa mga electron, ang mga holes hinungdan sa mas dako nga proporsyon sa tinuod ug hinanduraw nga mga pagbag-o sa refractive index, nga mao, makahimo sila og mas dako nga pagbag-o sa phase para sa usa ka gihatag nga pagbag-o sa pagkawala, busa saMga modulator sa Mach-Zehnderug mga ring modulator, kasagaran mas gipalabi nga gamiton ang mga lungag aron mahimomga modulator sa hugna.

Ang nagkalain-laingmodulator sa silicon (Si)Ang mga tipo gipakita sa Figure 10A. Sa usa ka carrier injection modulator, ang kahayag nahimutang sa intrinsic silicon sulod sa usa ka lapad nga pin junction, ug ang mga electron ug mga lungag gi-inject. Bisan pa, ang ingon nga mga modulator mas hinay, kasagaran nga adunay bandwidth nga 500 MHz, tungod kay ang mga libre nga electron ug mga lungag mas dugay nga mag-recombine pagkahuman sa injection. Busa, kini nga istruktura kanunay nga gigamit ingon usa ka variable optical attenuator (VOA) kaysa usa ka modulator. Sa usa ka carrier depletion modulator, ang bahin sa kahayag nahimutang sa usa ka pig-ot nga pn junction, ug ang gilapdon sa depletion sa pn junction giusab sa usa ka gigamit nga electric field. Kini nga modulator mahimong molihok sa mga tulin nga sobra sa 50Gb/s, apan adunay taas nga background insertion loss. Ang tipikal nga vpil kay 2 V-cm. Ang usa ka metal oxide semiconductor (MOS) (sa tinuud semiconductor-oxide-semiconductor) modulator adunay usa ka nipis nga oxide layer sa usa ka pn junction. Gitugotan niini ang pipila ka akumulasyon sa carrier ingon man ang pagkunhod sa carrier, nga nagtugot sa usa ka mas gamay nga VπL nga mga 0.2 V-cm, apan adunay disbentaha sa mas taas nga optical losses ug mas taas nga capacitance kada unit length. Dugang pa, adunay mga SiGe electrical absorption modulators nga gibase sa SiGe (silicon Germanium alloy) band edge movement. Dugang pa, adunay mga graphene modulators nga nagsalig sa graphene aron magbalhin-balhin tali sa absorbing metals ug transparent insulators. Kini nagpakita sa pagkalainlain sa mga aplikasyon sa lainlaing mga mekanismo aron makab-ot ang high-speed, low-loss optical signal modulation.

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

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

Sa pagkakaron, walay mga solusyon nga adunay klaro nga mga bentaha sa pag-integrate sa optical gain uban sa silicon photonics. Ang Figure 11 nagpakita sa daghang posibleng mga opsyon nga giorganisar pinaagi sa lebel sa assembly. Sa layo nga wala mao ang mga monolithic integration nga naglakip sa paggamit sa epitaxially grown germanium (Ge) isip optical gain material, erbium-doped (Er) glass waveguides (sama sa Al2O3, nga nanginahanglan og optical pumping), ug epitaxially grown gallium arsenide (GaAs) quantum dots. 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 naglambigit sa pag-embed sa III-V group chip ngadto sa lungag sa silicon wafer ug dayon pag-machining sa waveguide structure. Ang bentaha niining unang tulo ka kolum nga pamaagi mao nga ang device mahimong hingpit nga magamit nga gisulayan sulod sa wafer sa dili pa putlon. Ang labing tuo nga kolum mao ang chip-to-chip assembly, lakip ang direktang pag-coupling sa silicon chips ngadto sa III-V group chips, ingon man ang pag-coupling pinaagi sa lens ug grating couplers. Ang uso padulong sa mga komersyal nga aplikasyon naglihok gikan sa tuo ngadto sa wala nga bahin sa tsart padulong sa mas integrated ug integrated nga mga solusyon.

Hulagway 11: Giunsa pag-integrate ang optical gain sa silicon-based photonics. Samtang mobalhin ka gikan sa wala ngadto sa tuo, ang manufacturing insertion point anam-anam nga mobalik sa proseso.