Elementa çalak a fotonîkî ya silîkonê

Elementa çalak a fotonîkî ya silîkonê

Pêkhateyên çalak ên fotonîkê bi taybetî behsa têkiliyên dînamîk ên bi zanebûn hatine sêwirandin di navbera ronahî û madeyê de dikin. Pêkhateyeke çalak a tîpîk a fotonîkê modulatorek optîkî ye. Hemû pêkhateyên heyî yên li ser bingeha silîkonêmodulatorên optîkîli ser bingeha bandora hilgirê azad ê plazmayê ne. Guhertina hejmara elektron û kunên azad di materyalek silîkonê de bi rêbazên dopîng, elektrîkî an optîkî dikare îndeksa wê ya tevlihev biguherîne, pêvajoyek ku di hevkêşeyên (1,2) de tê nîşandan ku bi guncandina daneyên ji Soref û Bennett di dirêjahiya pêlê ya 1550 nanometreyan de hatî bidestxistin. Li gorî elektronan, kun rêjeyek mezintir ji guhertinên îndeksa şikandina rastîn û xeyalî çêdikin, ango ew dikarin ji bo guhertinek windahiyek diyarkirî guherînek qonaxê ya mezintir çêbikin, ji ber vê yekê diModulatorên Mach-Zehnderû modulatorên zengilê, bi gelemperî tê tercîh kirin ku qulan bikar bînin da ku çêbikinmodulatorên qonaxê.

Cûrbecûrmodulatorê silîkonê (Si)Cûreyên di Wêne 10A de têne nîşandan. Di modulatorek derzîkirina hilgir de, ronahî di nav silîkona hundurîn de di nav girêdanek pin a pir fireh de ye, û elektron û kun têne derzîkirin. Lêbelê, modulatorên weha hêdîtir in, bi gelemperî bi firehiya 500 MHz, ji ber ku elektron û kunên azad piştî derzîkirinê ji nû ve kom dibin. Ji ber vê yekê, ev avahî pir caran wekî lawazkerek optîkî ya guhêrbar (VOA) tê bikar anîn ne wekî modulatorek. Di modulatorek kêmkirina hilgir de, beşa ronahiyê di girêdanek pn ya teng de ye, û firehiya kêmkirina girêdana pn ji hêla zeviyek elektrîkê ya sepandî ve tê guhertin. Ev modulator dikare bi leza ji 50Gb/s zêdetir bixebite, lê windahiyek têxistina paşîn a bilind heye. Vpil-a tîpîk 2 V-cm e. Modulatorek nîvconductor oksîda metal (MOS) (bi rastî nîvconductor-oksîd-nîvconductor) di girêdanek pn de qatek oksîdê ya zirav heye. Ew dihêle ku hin kombûna hilgir û her weha kêmbûna hilgir hebe, ku dihêle VπL-ya piçûktir a bi qasî 0.2 V-cm, lê dezavantajek windahiyên optîkî yên bilindtir û kapasîteyek bilindtir li ser yekîneya dirêjahiyê heye. Herwiha, modulatorên vegirtina elektrîkê yên SiGe hene ku li ser tevgera qiraxa bendê ya SiGe (alloya silîkon-germanyûmê) hatine çêkirin. Wekî din, modulatorên grafînê hene ku ji bo guheztina di navbera metalên vegirtin û îzolatorên zelal de xwe dispêrin grafînê. Ev cûrbecûr sepanên mekanîzmayên cûda nîşan didin da ku modulasyona sînyala optîkî ya bilez û kêm-windabûnê bi dest bixin.

Wêne 10: (A) Diyagrama xaçerêyî ya sêwiranên cûrbecûr yên modulatorên optîkî yên li ser bingeha silîkonê û (B) diyagrama xaçerêyî ya sêwiranên detektorên optîkî.

Çend detektorên ronahiyê yên li ser bingeha silîkonê di Wêne 10B de têne nîşandan. Materyalê mijandinê germanyûm (Ge) ye. Ge dikare ronahiyê di dirêjahiya pêlên heta bi qasî 1.6 mîkronan de mijîne. Li milê çepê avahiya pînê ya herî serkeftî ya bazirganî ya îroyîn tê nîşandan. Ew ji silîkona dopkirî ya celebê P pêk tê ku Ge li ser wê mezin dibe. Ge û Si nelihevhatinek torê ya 4% heye, û ji bo kêmkirina cihêbûnê, çînek zirav a SiGe pêşî wekî çînek tampon tê çandin. Dopkirina celebê N li ser çîna Ge tê kirin. Fotodîodek metal-nîvconductor-metal (MSM) li navîn tê nîşandan, û APD (Fotodetektora şelalê) li rastê tê nîşandan. Herêma berfê ya di APD de li Si ye, ku li gorî herêma berfê ya di materyalên hêmanî yên Koma III-V de, xwedî taybetmendiyên dengî yên kêmtir e.

Niha, di entegrekirina qezenca optîkî bi fotonîkên silîkonê re çareseriyên bi avantajên eşkere tune ne. Wêne 11 çend vebijarkên gengaz nîşan dide ku li gorî asta komkirinê hatine organîzekirin. Li milê çepê yê dûr entegrasyonên monolîtîk hene ku karanîna germanyûm (Ge) ya bi epîtaksî mezinbûyî wekî materyalek qezenca optîkî, rêberên pêlên cama bi erbium (Er) (wek Al2O3, ku pompkirina optîkî hewce dike), û xalên kuantûm ên gallium arsenide (GaAs) yên bi epîtaksî mezinbûyî vedihewîne. Stûna din komkirina wafer bi wafer e, ku oksît û girêdana organîk di herêma qezenca koma III-V de vedihewîne. Stûna din komkirina çîp-bi-wafer e, ku tê de bicihkirina çîpa koma III-V di nav valahiya waferê silîkonê de û dûv re makînekirina avahiya rêberê pêlê heye. Avantaja vê nêzîkatiya sê stûnên pêşîn ev e ku cîhaz dikare berî birînê di hundurê waferê de bi tevahî fonksiyonel were ceribandin. Stûna herî rastê komkirina çîp-bi-çîp e, di nav de girêdana rasterast a çîpên silîkonê bi çîpên koma III-V re, û her weha girêdana bi rêya lens û girêdanên grating. Meyla ber bi sepanên bazirganî ve ji aliyê rastê ber bi aliyê çepê yê nexşeyê ve ber bi çareseriyên hîn bêtir yekgirtî ve diçe.

Wêne 11: Çawa destkeftiya optîkî di fotonîkên li ser bingeha silîkonê de tê entegrekirin. Gava ku hûn ji çepê ber bi rastê ve diçin, xala danîna çêkirinê di pêvajoyê de hêdî hêdî vedigere.