ระบบวัสดุแบบบูรณาการโฟโตนิก (PIC)

ระบบวัสดุแบบบูรณาการโฟโตนิก (PIC)

Silicon Photonics เป็นวินัยที่ใช้โครงสร้างระนาบตามวัสดุซิลิคอนเพื่อให้แสงโดยตรงเพื่อให้ได้ฟังก์ชั่นที่หลากหลาย เรามุ่งเน้นที่การประยุกต์ใช้ silicon photonics ในการสร้างเครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณสำหรับการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง เนื่องจากจำเป็นต้องเพิ่มการส่งผ่านที่แบนด์วิดท์ที่กำหนดรอยเท้าที่กำหนดและค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น silicon photonics จะกลายเป็นเสียงที่ดีขึ้น สำหรับชิ้นส่วนแสงเทคโนโลยีการรวมโทนิคจะต้องใช้และตัวรับส่งสัญญาณที่เชื่อมโยงกันส่วนใหญ่ในปัจจุบันจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวโมดูเลเตอร์ Linbo3/ ระนาบคลื่นแสง (PLC) แยกต่างหากและตัวรับสัญญาณ INP/ PLC

รูปที่ 1: แสดงระบบวัสดุแบบบูรณาการโทนิค (PIC) ที่ใช้กันทั่วไป

รูปที่ 1 แสดงระบบวัสดุ PIC ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด จากซ้ายไปขวาเป็นซิลิก้าที่ใช้ซิลิกอน (หรือที่รู้จักกันในชื่อ PLC), PIC ฉนวนที่ใช้ซิลิกอน (Silicon Photonics), Lithium Niobate (Linbo3) และ PIC กลุ่ม III-V เช่น Inp และ GaAs บทความนี้มุ่งเน้นไปที่โฟโตนิกที่ใช้ซิลิกอน ในโฟโตนิกซิลิกอนสัญญาณแสงส่วนใหญ่เดินทางในซิลิคอนซึ่งมีช่องว่างแถบทางอ้อมที่ 1.12 อิเล็กตรอนโวลต์ (มีความยาวคลื่น 1.1 ไมครอน) ซิลิคอนปลูกในรูปแบบของผลึกบริสุทธิ์ในเตาเผาแล้วหั่นเป็นเวเฟอร์ซึ่งในปัจจุบันมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. พื้นผิวเวเฟอร์ถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างชั้นซิลิกา เวเฟอร์ตัวหนึ่งถูกทิ้งระเบิดด้วยอะตอมไฮโดรเจนในระดับความลึก จากนั้นเวเฟอร์ทั้งสองจะถูกหลอมรวมในสุญญากาศและชั้นออกไซด์ของพวกเขาเชื่อมต่อกัน แอสเซมบลีแบ่งไปตามสายการฝังไฮโดรเจนไอออน ชั้นซิลิกอนที่รอยแตกจะถูกขัดเงาในที่สุดก็ออกจากชั้นผลึก Si ที่ด้านบนของแผ่นซิลิคอน“ ด้าม” ที่ไม่บุบสลายอยู่ด้านบนของชั้นซิลิกา ท่อนำคลื่นเกิดขึ้นจากชั้นผลึกบางนี้ ในขณะที่ฉนวนกันความร้อนของซิลิคอน (ซอย) เวเฟอร์ทำให้เกิดคลื่นแสงซิลิกอนที่มีการสูญเสียต่ำเป็นไปได้

มีรูปแบบที่เป็นไปได้หลายรูปแบบของท่อนำคลื่นแสงที่ใช้ซิลิกอนดังแสดงในรูปที่ 2 พวกมันมีตั้งแต่ท่อนำคลื่นซิลิกาเจอร์เมนเจอร์เนียมเจอร์เนียมเจอร์เนียมไปจนถึงท่อนำคลื่นลวดซิลิคอนนาโน โดยการผสมผสานเจอร์เมเนียมเป็นไปได้ที่จะทำเครื่องตรวจจับแสงและการดูดซึมไฟฟ้าเครื่องดัดแปลงและอาจเป็นแอมพลิฟายเออร์ออพติคอล โดยการเติมซิลิกอนออปติคัลโมดูเลเตอร์สามารถทำได้ ด้านล่างจากซ้ายไปขวาคือ: ท่อนำคลื่นซิลิคอนลวด, คลื่นซิลิคอนไนไตรด์, ท่อนำคลื่นซิลิคอนออกซินไนท์, ท่อนำคลื่นซิลิกอนริดจ์หนา, คลื่นซิลิคอนไนไตรด์บางและท่อนำคลื่นซิลิกอนเจือ ที่ด้านบนจากซ้ายไปขวาเป็นตัวดัดแปลงพร่องเครื่องตรวจจับแสงเจอร์เมเนียมและเจอร์เมเนียมเครื่องขยายแสง.

รูปที่ 2: ภาพตัดขวางของชุดท่อนำคลื่นแสงที่ใช้ซิลิกอนซึ่งแสดงการสูญเสียการแพร่กระจายโดยทั่วไปและดัชนีการหักเหของแสง