Sistema de material de circuito integrado fotônico (PIC)
A fotônica de silício é uma disciplina que utiliza estruturas planas baseadas em materiais de silício para direcionar a luz e alcançar uma variedade de funções. Nosso foco aqui é a aplicação da fotônica de silício na criação de transmissores e receptores para comunicações por fibra óptica. À medida que aumenta a necessidade de aumentar a transmissão em uma determinada largura de banda, área de cobertura e custo, a fotônica de silício torna-se mais economicamente viável. Para a parte óptica,tecnologia de integração fotônicadeve ser usado, e a maioria dos transceptores coerentes hoje são construídos usando moduladores separados de circuito de onda de luz planar (PLC) LiNbO3/ e receptores InP/PLC.
Figura 1: Mostra sistemas de materiais de circuitos integrados fotônicos (PIC) comumente usados.
A Figura 1 mostra os sistemas de materiais PIC mais populares. Da esquerda para a direita, estão o PIC de sílica à base de silício (também conhecido como PLC), o PIC isolante à base de silício (fotônica de silício), o niobato de lítio (LiNbO3) e o PIC do grupo III-V, como InP e GaAs. Este artigo se concentra na fotônica à base de silício.fotônica de silício, o sinal de luz viaja principalmente em silício, que tem uma lacuna de banda indireta de 1,12 elétron-volts (com um comprimento de onda de 1,1 mícron). O silício é cultivado na forma de cristais puros em fornos e então cortado em wafers, que hoje têm tipicamente 300 mm de diâmetro. A superfície do wafer é oxidada para formar uma camada de sílica. Um dos wafers é bombardeado com átomos de hidrogênio a uma certa profundidade. Os dois wafers são então fundidos em vácuo e suas camadas de óxido se ligam uma à outra. O conjunto se quebra ao longo da linha de implantação do íon hidrogênio. A camada de silício na rachadura é então polida, eventualmente deixando uma fina camada de Si cristalino sobre o wafer de "alça" de silício intacto sobre a camada de sílica. Guias de onda são formados a partir dessa 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 ondas ópticos à base de silício, como mostrado na Figura 2. Eles variam de guias de ondas de sílica dopada com germânio em microescala a guias de ondas de fio de silício em nanoescala. Ao misturar germânio, é possível fazerfotodetectorese absorção elétricamoduladores, e possivelmente até amplificadores ópticos. Ao dopar o silício, ummodulador ópticopodem ser fabricados. Na parte inferior, da esquerda para a direita, estão: 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 espessa, guia de onda de nitreto de silício fino e guia de onda de silício dopado. Na parte superior, da esquerda para a direita, estão os moduladores de depleção, os fotodetectores de germânio e os detectores de germânio.amplificadores ópticos.
Figura 2: Seção transversal de uma série de guias de ondas ópticos baseados em silício, mostrando perdas de propagação e índices de refração típicos.
Data de publicação: 15 de julho de 2024