Кремниевая фотоника Активный элемент
Активные компоненты фотоники относятся конкретно на преднамеренно разработанные динамические взаимодействия между светом и веществом. Типичным активным компонентом фотоники является оптический модулятор. Все текущие кремниевые основыОптические модуляторыоснованы на эффекте несущей без плазмы. Изменение количества свободных электронов и отверстий в кремниевом материале легирующими, электрическими или оптическими методами может изменить свой сложный показатель преломления, процесс, показанный в уравнениях (1,2), полученный путем подгонки данных Soref и Bennett на длине волны 1550 нанометров. По сравнению с электронами отверстия вызывают большую долю реальных и мнительных изменений показателя преломления, то есть они могут привести к большему изменению фазы для данного изменения потери, поэтому вМодуляторы Маха-Зундераи кольцевые модуляторы, обычно предпочитают использовать отверстия, чтобы сделатьФазовые модуляторы.
РазличныеСиликоновый (SI) модуляторТипы показаны на рисунке 10а. В модуляторе инъекции носителя свет расположен в внутреннем кремнии в очень широком соединении, а электроны и отверстия впрыскивают. Тем не менее, такие модуляторы медленнее, как правило, с пропускной способностью 500 МГц, потому что свободные электроны и отверстия занимают больше времени для рекомбинирования после инъекции. Следовательно, эта структура часто используется в качестве переменного оптического аттенюатора (VOA), а не как модулятор. В модуляторе истощения носителя световая часть расположена в узком перекрестке PN, а ширина истощения соединения PN изменяется приложенным электрическим полем. Этот модулятор может работать со скоростью более 50 ГБ/с, но имеет высокую потерю фоновой вставки. Типичный VPIL составляет 2 V-CM. Модулятор полупроводника оксида металла (MOS) (фактически полупроводниково-оксид-полупроводник) содержит тонкий оксидный слой в соединении PN. Это обеспечивает некоторое накопление носителей, а также истощение носителей, позволяя меньший Vπl около 0,2 В-CM, но имеет недостаток более высоких оптических потерь и более высокой емкости на единицу длины. Кроме того, существуют модуляторы электрического поглощения SIGE на основе движения Edge Band Sige (Silicon Germanium сплав). Кроме того, существуют модуляторы графена, которые полагаются на графен для переключения между поглощающими металлами и прозрачными изоляторами. Они демонстрируют разнообразие применений различных механизмов для достижения высокоскоростной оптической модуляции сигнала с низким содержанием потери.
Рисунок 10: (a) Диаграмма поперечного сечения различных конструкций оптического модулятора на основе кремния и (б) диаграмма поперечного сечения оптических детекторов.
Несколько детекторов света на основе кремния показаны на рисунке 10b. Поглощающий материал - германия (GE). GE способен поглощать свет на длине волны до примерно 1,6 микрона. Слева показана наиболее коммерчески успешная структура выводов сегодня. Он состоит из легированного кремния P-типа, на котором растет GE. GE и SI имеют 4% несоответствия решетки, и для минимизации дислокации тонкий слой SIGE сначала выращивается в качестве буферного слоя. Допинг n-типа выполняется в верхней части слоя GE. Фотодиод металла-полупроводник-метал (MSM) показан в середине, а APD (Лавинный фотоприемник) показан справа. Область лавины в APD расположена в Si, которая имеет более низкие характеристики шума по сравнению с областью лавины в элементных материалах группы III-V.
В настоящее время нет никаких решений с очевидными преимуществами в интеграции оптического усиления с кремниевой фотоникой. На рисунке 11 показаны несколько возможных вариантов, организованных уровнем сборки. На дальнем левом левом-монолитные интеграции, которые включают в себя использование эпитаксиально выращенного германия (GE) в качестве оптического усиления материала, легированные эрбий (ER) стеклянные волноводы (такие как Al2O3, который требует оптической накачки) и эпитаксиально выращенные арсенид (GAAS). Следующая столбец-это пластина для сборки пластин, включающая оксидную и органическую связь в области усиления группы III-V. Следующим столбцом является сборка чипа-кфера, которая включает в себя встраивание чипа группы III-V в полость кремниевой пластины, а затем обрабатывать структуру волновода. Преимущество этого первого три подхода столбца состоит в том, что устройство может быть полностью функционально протестировано внутри пластины перед резкой. Столбкой в правом правом является сборка чипа к чипсу, включая прямую связь кремниевых чипов с чипами III-V группы, а также соединение через линзу и сцепления с решеткой. Тенденция к коммерческим приложениям движется справа к левой стороне диаграммы в сторону более интегрированных и интегрированных решений.
Рисунок 11: Как оптическое усиление интегрировано в фотонику на основе кремния. Когда вы двигаетесь слева направо, точка вставки производства постепенно движется в процессе.
Время сообщения: июля-22-2024