Silicon Photonics აქტიური ელემენტი
Photonics აქტიური კომპონენტები კონკრეტულად ეხება სინათლესა და მატერიას შორის განზრახ შემუშავებულ დინამიურ ურთიერთქმედებებს. ფოტონიკის ტიპიური აქტიური კომპონენტი არის ოპტიკური მოდულატორი. ყველა ამჟამინდელი სილიკონის დაფუძნებულიოპტიკური მოდულატორებიდაფუძნებულია პლაზმური უფასო გადამზიდავი ეფექტის საფუძველზე. სილიკონის მასალაში უფასო ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობის შეცვლა დოპინგით, ელექტრული ან ოპტიკური მეთოდებით შეიძლება შეცვალოს მისი რთული რეფრაქციული ინდექსი, პროცესი, რომელიც ნაჩვენებია განტოლებებში (1,2), რომელიც მიიღება SOREF- სა და ბენეტის მონაცემების ფიტინგით 1550 ნანომეტრის ტალღის სიგრძეზე. ელექტრონებთან შედარებით, ხვრელები იწვევს რეალური და წარმოსახვითი რეფრაქციული ინდექსის ცვლილებების უფრო დიდ ნაწილს, ანუ მათ შეუძლიათ წარმოქმნან უფრო დიდი ფაზის ცვლილება მოცემული ზარალის შეცვლისთვის, ასე რომMach-zehnder მოდულატორებიდა ბეჭდის მოდულატორები, ჩვეულებრივ, უპირატესობას ანიჭებს ხვრელების გამოყენებასფაზის მოდულატორები.
სხვადასხვასილიკონის (SI) მოდულატორიტიპები ნაჩვენებია ნახაზში 10 ა. გადამზიდავი ინექციის მოდულატორში, შუქი მდებარეობს შინაგან სილიკონში, ძალიან ფართო ქინძისთავის შემადგენლობაში, ხოლო ელექტრონები და ხვრელები ინექცია. ამასთან, ასეთი მოდულატორები უფრო ნელია, როგორც წესი, სიჩქარესთან ერთად 500 MHz, რადგან თავისუფალი ელექტრონები და ხვრელები ინექციის შემდეგ რეკომბინას უფრო მეტხანს სჭირდება. აქედან გამომდინარე, ეს სტრუქტურა ხშირად გამოიყენება როგორც ცვლადი ოპტიკური შემსუბუქებელი (VOA), ვიდრე მოდულატორი. გადამზიდავი დაქვეითების მოდულატორში, სინათლის ნაწილი მდებარეობს ვიწრო PN- ის შეერთებით, ხოლო PN შეერთების დაქვეითება იცვლება გამოყენებითი ელექტრული ველის საშუალებით. ამ მოდულატორს შეუძლია ფუნქციონირებდეს სიჩქარით 50 გბ/წმ -ზე მეტი, მაგრამ აქვს მაღალი ფონის შეყვანის დაკარგვა. ტიპიური VPIL არის 2 V-CM. ლითონის ოქსიდის ნახევარგამტარული (MOS) (სინამდვილეში ნახევარგამტარული-ოქსიდის ნახევარგამტარული) მოდულატორი შეიცავს თხელი ოქსიდის ფენას PN- ის კავშირში. ეს საშუალებას აძლევს გადამზიდავების დაგროვებას, ისევე როგორც გადამზიდავების დაქვეითებას, რაც საშუალებას აძლევს უფრო მცირე VπL- ს დაახლოებით 0.2 V-CM, მაგრამ აქვს უარყოფითი მხარე უფრო მაღალი ოპტიკური დანაკარგების და უფრო მაღალი ტევადობის ერთეულის სიგრძეზე. გარდა ამისა, არსებობს SIGE ელექტრო შთანთქმის მოდულატორები, რომლებიც დაფუძნებულია SIGE (Silicon Germanium Alloy) ჯგუფის ზღვარზე. გარდა ამისა, არსებობს გრაფენის მოდულატორები, რომლებიც ეყრდნობიან გრაფენს, რომ გადავიდნენ შთანთქმის ლითონებსა და გამჭვირვალე იზოლატორებს შორის. ეს ცხადყოფს სხვადასხვა მექანიზმების გამოყენების მრავალფეროვნებას მაღალი სიჩქარით, დაბალი დაკარგვის ოპტიკური სიგნალის მოდულაციის მისაღწევად.
სურათი 10: (ა) სხვადასხვა სილიკონის დაფუძნებული ოპტიკური მოდულატორის დიზაინის ჯვარედინი სექციური დიაგრამა და (ბ) ოპტიკური დეტექტორის დიზაინის ჯვარედინი სექციური დიაგრამა.
რამდენიმე სილიკონის დაფუძნებული შუქის დეტექტორი ნაჩვენებია ნახაზში 10B. შთამნთქმელი მასალაა გერმანიუმი (GE). GE- ს შეუძლია შთანთქოს სინათლე ტალღების სიგრძეზე დაახლოებით 1.6 მიკრონამდე. მარცხენა მხარეს ნაჩვენებია დღეს ყველაზე კომერციულად წარმატებული PIN სტრუქტურა. იგი შედგება p- ტიპის დოპედის სილიკონისგან, რომელზეც GE იზრდება. GE და SI აქვთ 4% rattice შეუსაბამობა, ხოლო დისლოკაციის შესამცირებლად, SIGE– ს თხელი ფენა პირველად იზრდება, როგორც ბუფერული ფენა. N- ტიპის დოპინგი ხორციელდება GE ფენის თავზე. ლითონის ნახევარგამტარული მეტალის (MSM) ფოტოდიოდი ნაჩვენებია შუაში, ხოლო APD (ზვავის ფოტოდექტორი) ნაჩვენებია მარჯვნივ. APD– ში მდებარე ზვავი მდებარეობს SI– ში, რომელსაც აქვს ხმაურის უფრო დაბალი მახასიათებლები, ვიდრე ზვავის რეგიონი IIII-V ელემენტარული მასალებით.
დღეისათვის, არ არსებობს გადაწყვეტილებები აშკარა უპირატესობებით სილიკონის ფოტონიკასთან ოპტიკური მოგების ინტეგრირებაში. სურათი 11 გვიჩვენებს ასამბლეის დონის ორგანიზებულ რამდენიმე შესაძლო ვარიანტს. მარცხენა მხარეს არის მონოლითური ინტეგრაცია, რომელიც მოიცავს ეპიტაქსიურად მოზრდილი გერმანიუმის (GE), როგორც ოპტიკური მომატების მასალის გამოყენებას, Erbium-doped (ER) მინის ტალღურებს (მაგალითად, AL2O3, რომელიც მოითხოვს ოპტიკურ ტუმბოს) და ეპიტაქსიურად მოზრდილი გალიუმის არსენიდის (GAAS) კვანტური წერტილები. შემდეგი სვეტი არის ვაფლის ვაფლის შეკრება, რომელიც მოიცავს ოქსიდს და ორგანულ კავშირს III-V ჯგუფის მოგების რეგიონში. შემდეგი სვეტი არის ჩიპ-ვაფის ასამბლეა, რომელიც გულისხმობს III-V ჯგუფის ჩიპის ჩასვლას სილიკონის ძაფის ღრუში და შემდეგ ტალღის სტრუქტურის დამუშავებას. ამ პირველი სამი სვეტის მიდგომის უპირატესობა ისაა, რომ მოწყობილობა შეიძლება სრულად ფუნქციონალური ტესტირება ვაფლის შიგნით, ჭრის წინ. მარჯვენა სვეტი არის ჩიპ-ჩიპის ასამბლეა, მათ შორის სილიკონის ჩიპების პირდაპირი დაწყვილება III-V ჯგუფის ჩიპებთან, აგრეთვე ლინზებისა და გრიპის წყვილების საშუალებით. კომერციული პროგრამების მიმართ ტენდენცია სქემა მარჯვნივ მარცხენა მხარეს გადადის უფრო ინტეგრირებული და ინტეგრირებული გადაწყვეტილებებისკენ.
სურათი 11: როგორ ხდება ოპტიკური მოგება ინტეგრირებული სილიკონის დაფუძნებულ ფოტონიკაში. მარცხნიდან მარჯვნივ გადაადგილებისას, წარმოების ჩასმის წერტილი თანდათანობით მოძრაობს პროცესში.
პოსტის დრო: ივლისი -22-2024