Ẹ̀rọ ti n ṣiṣẹ́ lórí silikoni photonics

Ẹ̀rọ ti n ṣiṣẹ́ lórí silikoni photonics

Àwọn ohun èlò ìṣiṣẹ́ Photonics tọ́ka sí àwọn ìbáṣepọ̀ oníyípadà tí a ṣe ní ìmòye láàrín ìmọ́lẹ̀ àti ohun èlò. Ohun èlò ìṣiṣẹ́ tí ó wọ́pọ̀ nínú photonics ni ohun èlò ìṣiṣẹ́ optical. Gbogbo ohun tí ó dá lórí silicon lọ́wọ́lọ́wọ́awọn modulators opitikani a da lori ipa gbigbe ti ko ni plasma. Yiyipada nọmba awọn elekitironi ọfẹ ati awọn ihò ninu ohun elo silikoni nipasẹ doping, awọn ọna ina tabi opitika le yi atọka refractive ti o ni idiju pada, ilana ti a fihan ninu awọn idogba (1,2) ti a gba nipa fifi data lati ọdọ Soref ati Bennett si ni igbi gigun ti awọn nanomita 1550. Ni akawe pẹlu awọn elekitironi, awọn ihò fa ipin ti o tobi julọ ti awọn iyipada atọka refractive gidi ati ti ironu, iyẹn ni, wọn le ṣe iyipada ipele ti o tobi julọ fun iyipada pipadanu ti a fun, nitorinaa niÀwọn olùmúdàgbà Mach-Zehnderàti àwọn ohun èlò ìyípadà òrùka, ó sábà máa ń jẹ́ àṣàyàn láti lo àwọn ihò láti ṣeàwọn olùmúdàgbàsókè ìpele.

Awọn oriṣiriṣiohun èlò ìṣiṣẹ́ sílíkónì (Si)Àwọn irú rẹ̀ hàn nínú Àwòrán 10A. Nínú ohun èlò abẹ́rẹ́ abẹ́rẹ́, ìmọ́lẹ̀ wà nínú ohun èlò abẹ́rẹ́ intrantic silicon láàrín ìsopọ̀ pin tó gbòòrò gan-an, a sì fún àwọn elekitironi àti ihò ní abẹ́rẹ́. Síbẹ̀síbẹ̀, irú àwọn ohun èlò abẹ́rẹ́ bẹ́ẹ̀ máa ń lọ́ra, nígbà gbogbo pẹ̀lú ìwọ̀n bandiwidi ti 500 MHz, nítorí pé àwọn elekitironi àti ihò ọ̀fẹ́ máa ń gba àkókò púpọ̀ láti tún ara wọn pọ̀ lẹ́yìn abẹ́rẹ́. Nítorí náà, a sábà máa ń lo ìṣètò yìí gẹ́gẹ́ bí ohun èlò atẹ́gùn optical variable (VOA) dípò ohun èlò atẹ́gùn. Nínú ohun èlò abẹ́rẹ́ abẹ́rẹ́ abẹ́rẹ́ abẹ́rẹ́, apá ìmọ́lẹ̀ wà ní ìsopọ̀ pn tóóró, àti pé a máa ń yí ìwọ̀n ìparẹ́ ti ìsopọ̀ pn padà nípasẹ̀ pápá iná mànàmáná tí a lò. Ohun èlò abẹ́rẹ́ yìí lè ṣiṣẹ́ ní iyàrá tó ju 50Gb/s lọ, ṣùgbọ́n ó ní àdánù ìfisílẹ̀ tó ga. Vpil tó wọ́pọ̀ jẹ́ 2 V-cm. Ohun èlò abẹ́rẹ́ abẹ́rẹ́ irin (MOS) (gangan semiconductor-oxide-semiconductor) ní ìpele oxide tinrin kan nínú ìsopọ̀ pn kan. Ó gba àwọn ohun èlò ìṣiṣẹ́ láàyè láti kó jọ pẹ̀lú ìdínkù ohun èlò ìṣiṣẹ́, èyí tí ó fún ni láàyè láti ní VπL kékeré tó tó 0.2 V-cm, ṣùgbọ́n ó ní àléébù àwọn àdánù opitika tó ga jùlọ àti agbára gíga fún gígùn ẹyọ kan. Ní àfikún, àwọn ohun èlò ìfàmọ́ra itanna SiGe wà tí ó dá lórí SiGe (silicon Germanium alloy) band transition. Ní àfikún, àwọn ohun èlò ìfàmọ́ra graphene wà tí wọ́n gbẹ́kẹ̀lé graphene láti yípadà láàárín àwọn irin tí ń fa omi àti àwọn ohun èlò ìdènà tí ó hàn gbangba. Àwọn wọ̀nyí fi onírúurú àwọn ohun èlò tí a lò láti ṣe àṣeyọrí ìyípadà àmì ìṣàfihàn opitika tó ga, tí ó dínkù díẹ̀ hàn.

Àwòrán 10: (A) Àwòrán onípele-apá ti onírúurú àwọn àwòrán onípele-apá tí a fi silicon ṣe àti (B) àwòrán onípele-apá ti àwọn àwòrán onípele-apá.

Ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun tí a fi silicon ṣe ni a fi hàn nínú Àwòrán 10B. Ohun èlò tí ó ń fa nǹkan mọ́ra ni germanium (Ge). Ge lè fa ìmọ́lẹ̀ mọ́ra ní ìwọ̀n ìgbì omi tó jìn sí i tó nǹkan bíi 1.6 microns. A fi hàn ní apá òsì ni ìṣètò pin tó dára jùlọ ní ti ìṣòwò lónìí. Ó jẹ́ ti silicon onírú P tí Ge ń dàgbàsókè. Ge àti Si ní àìbáramu lattice 4%, àti láti dín ìtúpalẹ̀ kù, a kọ́kọ́ gbin SiGe onírú Si Ge gẹ́gẹ́ bí fẹlẹfẹlẹ buffer. A ṣe doping irú N lórí òkè Ge. A fi photodiode irin-semiconductor-metal (MSM) hàn ní àárín, àti APD (Olùwádìí Fọ́tò Àwọ̀sánmà) ni a fi hàn ní apá ọ̀tún. Agbègbè ìṣàn omi ní APD wà ní Si, èyí tí ó ní àwọn ànímọ́ ariwo tí ó kéré sí i ní ìfiwéra pẹ̀lú agbègbè ìṣàn omi ní àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ Group III-V.

Lọ́wọ́lọ́wọ́, kò sí àwọn ojútùú tó ní àwọn àǹfààní tó hàn gbangba nínú sísopọ̀ optical gain pẹ̀lú silicon photonics. Àwòrán 11 fi ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àṣàyàn tó ṣeé ṣe hàn gẹ́gẹ́ bí ìpele àkójọpọ̀. Ní apá òsì ni àwọn ìṣọ̀kan monolithic tí ó ní nínú lílo epitaxially grown germanium (Ge) gẹ́gẹ́ bí ohun èlò optical gain, àwọn erbium-doped (Er) glass waveguides (bíi Al2O3, èyí tó nílò ìfúnpọ̀ optical), àti gallium arsenide (GaAs) quantum dots tí a gbìn sínú epitaxially. Ọ̀pá tó tẹ̀lé ni wafer to wafer assembly, tó ní oxide àti organic bonding nínú agbègbè III-V group gain. Ọ̀pá tó tẹ̀lé ni chip-to-wafer assembly, èyí tó ní nínú fífi III-V group chip sínú ihò silicon wafer kí o sì ṣe ẹ̀rọ waveguide structure. Àǹfààní ọ̀nà mẹ́ta àkọ́kọ́ yìí ni pé a lè dán ẹ̀rọ náà wò dáadáa nínú wafer kí a tó gé e. Ọ̀pá tó wà ní ọ̀tún jùlọ ni chip-to-chip assembly, pẹ̀lú ìsopọ̀ tààrà ti silicon chips sí III-V group chips, àti ìsopọ̀ nípasẹ̀ lẹnsi àti grating couplers. Aṣa si awọn ohun elo iṣowo n gbe lati apa ọtun si apa osi ti chart si awọn solusan ti o ni asopọpọ ati ti a ṣe pọ si.

Àwòrán 11: Báwo ni a ṣe ń so optical gain pọ̀ mọ́ àwọn photonics tí a fi silicon ṣe. Bí o ṣe ń lọ láti òsì sí ọ̀tún, ojú ìfikún iṣẹ́-ṣíṣe náà máa ń padà sẹ́yìn díẹ̀díẹ̀.