PIC -System des photonischen integrierten Schaltungskreises (PIC)

PIC -System des photonischen integrierten Schaltungskreises (PIC)

Die Siliziumphotonik ist eine Disziplin, die planare Strukturen basiert, die auf Siliziummaterialien basieren, um Licht zu lenken, um eine Vielzahl von Funktionen zu erzielen. Wir konzentrieren uns hier auf die Anwendung von Siliziumphotonik bei der Erstellung von Sendern und Empfängern für Glasfaserkommunikation. Da die Notwendigkeit, mehr Übertragung bei einer bestimmten Bandbreite, einen bestimmten Fußabdruck und eine bestimmte Kostensteigerung hinzuzufügen, wird die Siliziumphotonik wirtschaftlicher. Für den optischen Teil,Photonische IntegrationstechnologieMuss verwendet werden, und die meisten kohärenten Transceiver werden heute unter Verwendung separater LINBO3/ Planar-Light-Wave Circuit-Modulatoren und INP/ SPS-Empfänger gebaut.

Abbildung 1: zeigt häufig verwendete Materialsysteme für photonische integrierte Schaltung (PIC).

Abbildung 1 zeigt die beliebtesten PIC -Materialsysteme. Von links nach rechts sind Silicium-Silica-Bild (auch als SPS bekannt), Silizium-Basis-Isolator-PIC (Silicon Photonics), Lithium Niobate (Linbo3) und III-V-Gruppe Pic wie INP und GaAs. Dieses Papier konzentriert sich auf Photonik auf Siliziumbasis. InSiliziumphotonikDas Lichtsignal reist hauptsächlich in Silizium, das eine indirekte Bandlücke von 1,12 Elektronenvolt (mit einer Wellenlänge von 1,1 Mikrometern) aufweist. Silizium wird in Form von reinen Kristallen in Öfen gezüchtet und dann in Wafer geschnitten, die heute typischerweise einen Durchmesser von 300 mm haben. Die Waferoberfläche wird oxidiert, um eine Silica -Schicht zu bilden. Einer der Wafer wird mit Wasserstoffatomen in eine bestimmte Tiefe bombardiert. Die beiden Wafer werden dann in einem Vakuum verschmolzen und ihre Oxidschichten verbinden sich miteinander. Die Anordnung bricht entlang der Wasserstoffionen -Implantationslinie. Die Siliziumschicht am Riss wird dann poliert, wodurch schließlich eine dünne Schicht kristalliner Si oben auf dem intakten Silizium „Griff“ -Wafer oben auf der Siliciumdioxidschicht bleibt. Aus dieser dünnen kristallinen Schicht werden Wellenleiter gebildet. Während diese SOI-Wafer auf Siliziumbasis (SOI) -Stilicon-Photonikwellenleiter mit niedrigem Verlust ermöglichen, werden sie aufgrund des von ihnen bereitgestellten niedrigen Leckstroms tatsächlich häufiger in CMOS-Schaltungen mit geringer Leistung verwendet.

Es gibt viele mögliche Formen von optischen Wellenleitern auf Siliziumbasis, wie in Abbildung 2 gezeigt. Sie reichen von mikroskaligen Germanium-dotierten Silica-Wellenleitern bis hin zu nanoskaligen Siliziumdrahtwellenleitern. Durch das Mischen von Germanium ist es möglich zu machenFotodetektorenund elektrische AbsorptionModulatorenund möglicherweise sogar optische Verstärker. Durch Doping von Silizium, undOptischer Modulatorkann gemacht werden. Der Boden von links nach rechts ist: Siliziumdrahtwellenleiter, Siliziumnitrid -Wellenleiter, Siliziumoxynitrid -Wellenleiter, dicker Siliziumkamm -Wellenleiter, dünner Siliziumnitridwellenleiter und dotiertes Siliziumwellenleiter. Oben von links nach rechts sind Verarmungsmodulatoren, Germanium -Fotodetektoren und GermaniumOptische Verstärker.

Abbildung 2: Querschnitt einer optischen Wellenleiterreihe auf Siliziumbasis, die typische Ausbreitungsverluste und Brechungsindizes zeigt.