Sistema de material de circuito integrado fotônico (PIC)

Sistema de material de circuito integrado fotônico (PIC)

A fotônica do silício é uma disciplina que utiliza estruturas planares baseadas em materiais de silício para direcionar a luz e atingir uma variedade de funções. Nós nos concentramos aqui na aplicação da fotônica de silício na criação de transmissores e receptores para comunicações de fibra óptica. À medida que aumenta a necessidade de adicionar mais transmissão em uma determinada largura de banda, uma determinada área ocupada e um determinado custo, a fotônica de silício se torna mais economicamente viável. Para a parte óptica,tecnologia de integração fotônicadeve ser usado, e a maioria dos transceptores coerentes hoje são construídos usando moduladores LiNbO3/circuito de onda de luz planar (PLC) separados e receptores InP/PLC.

Figura 1: Mostra sistemas de materiais de circuito integrado fotônico (PIC) comumente usados.

A Figura 1 mostra os sistemas de materiais PIC mais populares. Da esquerda para a direita estão PIC de sílica à base de silício (também conhecido como PLC), PIC isolante à base de silício (fotônica de silício), niobato de lítio (LiNbO3) e PIC do grupo III-V, como InP e GaAs. Este artigo se concentra na fotônica baseada em silício. Emfotônica de silício, o sinal de luz viaja principalmente no silício, que possui um band gap indireto de 1,12 elétron-volts (com comprimento de onda de 1,1 mícron). O silício é cultivado na forma de cristais puros em fornos e depois cortado em wafers, que hoje têm normalmente 300 mm de diâmetro. A superfície do wafer é oxidada para formar uma camada de sílica. Uma das bolachas é bombardeada com átomos de hidrogênio até uma certa profundidade. Os dois wafers são então fundidos no vácuo e suas camadas de óxido se unem. A montagem quebra ao longo da linha de implantação de íons de hidrogênio. A camada de silício na rachadura é então polida, deixando eventualmente uma fina camada de Si cristalino no topo do wafer de silício intacto no topo da camada de sílica. Os guias de onda são formados a partir desta fina camada cristalina. Embora esses wafers isolantes à base de silício (SOI) tornem possíveis guias de ondas fotônicas de silício de baixa perda, eles são, na verdade, mais comumente usados ​​​​em circuitos CMOS de baixa potência devido à baixa corrente de fuga que fornecem.

Existem muitas formas possíveis de guias de onda ópticos à base de silício, como mostrado na Figura 2. Eles variam de guias de onda de sílica dopada com germânio em microescala até guias de onda de fio de silício em nanoescala. Ao misturar germânio, é possível fazerfotodetectorese absorção elétricamoduladores, e possivelmente até amplificadores ópticos. Ao dopar o silício, ummodulador ópticopode ser feito. A parte inferior da esquerda para a direita são: guia de onda de fio de silício, guia de onda de nitreto de silício, guia de onda de oxinitreto de silício, guia de onda de crista de silício espesso, guia de onda de nitreto de silício fino e guia de onda de silício dopado. No topo, da esquerda para a direita, estão moduladores de depleção, fotodetectores de germânio eamplificadores ópticos.


Figura 2: Seção transversal de uma série de guias de onda ópticos baseados em silício, mostrando perdas de propagação e índices de refração típicos.


Horário da postagem: 15 de julho de 2024