Silicon photonics ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ

Silicon photonics ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ

ອົງປະກອບທີ່ຫ້າວຫັນຂອງ Photonics ຫມາຍເຖິງການໂຕ້ຕອບແບບເຄື່ອນໄຫວທີ່ອອກແບບໂດຍເຈດຕະນາລະຫວ່າງແສງສະຫວ່າງແລະສິ່ງ. ອົງປະກອບທີ່ຫ້າວຫັນປົກກະຕິຂອງ photonics ແມ່ນ modulator optical. ທັງໝົດທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນໃນປະຈຸບັນmodulators opticalແມ່ນອີງໃສ່ຜົນກະທົບຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ plasma ຟຣີ. ການປ່ຽນແປງຈໍານວນຂອງອິເລັກຕອນຟຣີແລະຮູໃນອຸປະກອນການຊິລິໂຄນໂດຍ doping, ໄຟຟ້າຫຼື optical ວິທີການສາມາດມີການປ່ຽນແປງດັດຊະນີ refractive ສະລັບສັບຊ້ອນຂອງຕົນ, ຂະບວນການສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນສົມຜົນ (1,2) ໄດ້ໂດຍ fitting ຂໍ້ມູນຈາກ Soref ແລະ Bennett ໃນ wavelength ຂອງ 1550 nanometers. . ເມື່ອປຽບທຽບກັບເອເລັກໂຕຣນິກ, ຮູເຮັດໃຫ້ອັດຕາສ່ວນໃຫຍ່ກວ່າຂອງການປ່ຽນແປງດັດຊະນີ refractive ທີ່ແທ້ຈິງແລະຈິນຕະນາການ, ນັ້ນແມ່ນ, ພວກເຂົາສາມາດຜະລິດການປ່ຽນແປງໄລຍະທີ່ໃຫຍ່ກວ່າສໍາລັບການປ່ຽນແປງການສູນເສຍ, ດັ່ງນັ້ນໃນ.ໂມດູເລເຕີ Mach-Zehnderແລະ modulators ວົງ, ມັນມັກຈະມັກໃຊ້ຮູເພື່ອເຮັດໃຫ້ໂມດູນໄລຍະ.

ຕ່າງໆຊິລິຄອນ (Si) modulatorປະເພດແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 10A. ຢູ່ໃນໂມດູນການສີດຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ, ແສງສະຫວ່າງຕັ້ງຢູ່ໃນຊິລິຄອນພາຍໃນພາຍໃນຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ເຂັມທີ່ກວ້າງຫຼາຍ, ແລະເອເລັກໂຕຣນິກ ແລະຮູຖືກສີດ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, modulators ດັ່ງກ່າວແມ່ນຊ້າກວ່າ, ໂດຍປົກກະຕິມີແບນວິດຂອງ 500 MHz, ເນື່ອງຈາກວ່າເອເລັກໂຕຣນິກຟຣີແລະຮູໃຊ້ເວລາດົນກວ່າທີ່ຈະ recombine ຫຼັງຈາກການສັກຢາ. ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງນີ້ມັກຈະຖືກໃຊ້ເປັນຕົວປັບແສງແບບປ່ຽນແປງໄດ້ (VOA) ແທນທີ່ຈະເປັນຕົວປັບປ່ຽນ. ໃນໂມດູນການຫຼຸດຄ່າຂົນສົ່ງຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ, ສ່ວນແສງສະຫວ່າງແມ່ນຕັ້ງຢູ່ໃນຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ pn ແຄບ, ແລະຄວາມກວ້າງຂອງການທໍາລາຍຂອງຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ pn ແມ່ນມີການປ່ຽນແປງໂດຍພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້. modulator ນີ້​ສາ​ມາດ​ປະ​ຕິ​ບັດ​ໃນ​ຄວາມ​ໄວ​ເກີນ 50Gb/s​, ແຕ່​ມີ​ການ​ສູນ​ເສຍ​ການ​ແຊກ​ພື້ນ​ຖານ​ສູງ​. vpil ປົກກະຕິແມ່ນ 2 V-cm. ໂມດູເລເຕີຂອງໂລຫະອອກໄຊເຊມິຄອນດັກເຕີ (MOS) (ຕົວຈິງແລ້ວແມ່ນ semiconductor-oxide-semiconductor) ມີຊັ້ນອອກໄຊບາງໆຢູ່ໃນຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ pn. ມັນອະນຸຍາດໃຫ້ການສະສົມຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການບາງອັນເຊັ່ນດຽວກັນກັບການທໍາລາຍຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ, ອະນຸຍາດໃຫ້ VπL ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າປະມານ 0.2 V-cm, ແຕ່ມີຂໍ້ເສຍຂອງການສູນເສຍ optical ທີ່ສູງຂຶ້ນແລະ capacitance ສູງກວ່າຕໍ່ຄວາມຍາວຂອງຫນ່ວຍ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມີ SiGe ໂມດູນການດູດຊຶມໄຟຟ້າໂດຍອີງໃສ່ SiGe (ໂລຫະປະສົມຊິລິໂຄນ Germanium) ການເຄື່ອນໄຫວຂອບ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມີໂມດູນ graphene ທີ່ອີງໃສ່ graphene ເພື່ອປ່ຽນລະຫວ່າງໂລຫະດູດຊຶມແລະ insulators ໂປ່ງໃສ. ເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫຼາກຫຼາຍຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງກົນໄກທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອບັນລຸການໂມດູນສັນຍານ optical ທີ່ມີຄວາມໄວສູງ, ການສູນເສຍຕ່ໍາ.

ຮູບທີ 10: (A) ແຜນວາດທາງຂວາງຂອງການອອກແບບຕົວຄວບຄຸມ optical ທີ່ໃຊ້ຊິລິຄອນຕ່າງໆ ແລະ (B) ແຜນວາດທາງຕັດຂອງການອອກແບບເຄື່ອງກວດຈັບ optical.

ເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ໃຊ້ຊິລິຄອນຫຼາຍອັນແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 10B. ວັດສະດຸດູດຊຶມແມ່ນ germanium (Ge). Ge ສາ​ມາດ​ດູດ​ເອົາ​ແສງ​ສະ​ຫວ່າງ​ຢູ່​ໃນ​ໄລ​ຍະ​ເວ​ລາ​ການ​ຫຼຸດ​ລົງ​ປະ​ມານ 1.6 microns​. ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ຢູ່​ເບື້ອງ​ຊ້າຍ​ແມ່ນ​ໂຄງ​ສ້າງ pin ສົບ​ຜົນ​ສໍາ​ເລັດ​ທາງ​ການ​ຄ້າ​ທີ່​ສຸດ​ໃນ​ມື້​ນີ້​. ມັນປະກອບດ້ວຍ P-type doped silicon ທີ່ Ge ຈະເລີນເຕີບໂຕ. Ge ແລະ Si ມີ 4% lattice mismatch, ແລະເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການ dislocation ໄດ້, ຊັ້ນບາງໆຂອງ SiGe ທໍາອິດແມ່ນປູກເປັນຊັ້ນbuffer. N-type doping ແມ່ນປະຕິບັດຢູ່ເທິງຊັ້ນ Ge. photodiode ໂລຫະ semiconductor-metal (MSM) ແມ່ນສະແດງຢູ່ກາງ, ແລະ APD (ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະ avalanche) ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ກ່ຽວ​ກັບ​ສິດ​ທິ​ໃນ​ການ​. ພາກພື້ນ avalanche ໃນ APD ແມ່ນຢູ່ໃນ Si, ມີລັກສະນະສຽງຕ່ໍາເມື່ອທຽບກັບພາກພື້ນ avalanche ໃນອຸປະກອນອົງປະກອບຂອງກຸ່ມ III-V.

ໃນປັດຈຸບັນ, ບໍ່ມີວິທີແກ້ໄຂທີ່ມີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ຊັດເຈນໃນການລວມເອົາ optical ໄດ້ຮັບກັບ silicon photonics. ຮູບທີ 11 ສະແດງໃຫ້ເຫັນທາງເລືອກທີ່ເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍຢ່າງທີ່ຈັດໂດຍລະດັບການປະກອບ. ຢູ່ເບື້ອງຊ້າຍມືແມ່ນການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic ທີ່ປະກອບມີການນໍາໃຊ້ຂອງ germanium ທີ່ປູກ epitaxially (Ge) ເປັນອຸປະກອນການໄດ້ຮັບ optical, erbium-doped (Er) waveguides ແກ້ວ (ເຊັ່ນ: Al2O3, ເຊິ່ງຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການສູບ optical), ແລະການຂະຫຍາຍຕົວ epitaxially gallium arsenide (GaAs. ) ຈຸດ quantum. ຖັນຕໍ່ໄປແມ່ນ wafer ກັບ wafer ປະກອບ, ກ່ຽວຂ້ອງກັບການອອກໄຊແລະພັນທະບັດອິນຊີໃນພາກພື້ນ III-V ກຸ່ມຮັບ. ຖັນຕໍ່ໄປແມ່ນການປະກອບ chip-to-wafer, ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການຝັງຊິບກຸ່ມ III-V ເຂົ້າໄປໃນຮູຂອງ silicon wafer ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ machining ໂຄງສ້າງ waveguide. ປະໂຫຍດຂອງວິທີການສາມຄໍລໍາທໍາອິດນີ້ແມ່ນວ່າອຸປະກອນສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງເຕັມສ່ວນໃນການທົດສອບ wafer ກ່ອນທີ່ຈະຕັດ. ຖັນຂວາທີ່ສຸດແມ່ນການປະກອບ chip-to-chip, ລວມທັງການເຊື່ອມໂດຍກົງຂອງຊິບຊິລິໂຄນກັບຊິບກຸ່ມ III-V, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບການ coupling ຜ່ານເລນແລະ grating couplers. ທ່າອ່ຽງຕໍ່ກັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທາງການຄ້າແມ່ນການເຄື່ອນຍ້າຍຈາກຂວາໄປເບື້ອງຊ້າຍຂອງຕາຕະລາງໄປສູ່ການແກ້ໄຂປະສົມປະສານແລະປະສົມປະສານຫຼາຍຂຶ້ນ.

ຮູບທີ 11: ວິທີການຮັບ optical ຖືກປະສົມປະສານເຂົ້າໃນ photonics ທີ່ໃຊ້ຊິລິຄອນ. ໃນຂະນະທີ່ທ່ານຍ້າຍຈາກຊ້າຍໄປຂວາ, ຈຸດແຊກການຜະລິດຄ່ອຍໆຍ້າຍກັບຄືນໄປບ່ອນໃນຂະບວນການ.


ເວລາປະກາດ: 22-07-2024