Ljósræn samþætt hringrás (PIC) efniskerfi

Ljósræn samþætt hringrás (PIC) efniskerfi

Kísilljóseindafræði er fræðigrein sem notar plana uppbyggingu sem byggir á kísilefnum til að beina ljósi til að ná margvíslegum aðgerðum. Við einbeitum okkur hér að beitingu kísilljóseinda við að búa til senda og móttakara fyrir ljósleiðarasamskipti. Eftir því sem þörfin á að bæta við meiri sendingu á tiltekinni bandbreidd, tilteknu fótspori og tilteknum kostnaði eykst, verður sílikonljóseindafræði efnahagslega traustari. Fyrir sjónhlutann,ljóseindasamþættingartækniverður að nota og flestir samhangandi senditæki í dag eru smíðaðir með því að nota aðskilda LiNbO3/planar light-wave circuit (PLC) mótara og InP/PLC móttakara.

Mynd 1: Sýnir almennt notuð photonic heildrás (PIC) efniskerfi.

Mynd 1 sýnir vinsælustu PIC efniskerfin. Frá vinstri til hægri eru sílikon-undirstaða kísil PIC (einnig þekkt sem PLC), sílikon-undirstaða einangrunarefni PIC (kísill ljóseindafræði), litíumníóbat (LiNbO3), og III-V hópur PIC, eins og InP og GaAs. Þessi grein fjallar um ljóseindafræði sem byggir á kísil. Ísílikon ljóseindafræði, ljósmerkið berst aðallega í sílikoni, sem hefur óbeint bandbil sem er 1,12 rafeindavolt (með bylgjulengd 1,1 míkron). Kísill er ræktaður í formi hreinna kristalla í ofnum og síðan skorinn í oblátur, sem í dag eru venjulega 300 mm í þvermál. Yfirborðið er oxað til að mynda kísillag. Ein af flísunum er sprengd vetnisatómum niður á ákveðið dýpi. Blöndurnar tvær eru síðan sameinaðar í lofttæmi og oxíðlög þeirra tengjast hvert öðru. Samsetningin brotnar meðfram vetnisjónaígræðslulínunni. Kísillagið við sprunguna er síðan slípað og skilur að lokum eftir þunnt lag af kristölluðu Si ofan á ósnortnu „handfangs“ kísilskífunni ofan á kísillaginu. Bylgjuleiðarar myndast úr þessu þunna kristallaða lagi. Þó að þessar kísil-undirstaða einangrunar (SOI) skífur geri lítið tap kísilljóseindabylgjuleiðara mögulega, eru þær í raun oftar notaðar í CMOS hringrásum með litla afl vegna lágs lekastraums sem þær veita.

Það eru margar mögulegar gerðir ljósbylgjuleiðara sem byggjast á kísil, eins og sýnt er á mynd 2. Þeir eru allt frá germaníum-dópuðum kísilbylgjuleiðurum í örskala til sílikonvírbylgjuleiðara á nanóskala. Með því að blanda germaníum er hægt að geraljósnemarog rafgleypnimótara, og hugsanlega jafnvel optíska magnara. Með því að dópa sílikon, anoptískur mótarihægt að gera. Neðst frá vinstri til hægri eru: kísilvírbylgjuleiðari, kísilnítríð bylgjuleiðari, kísiloxýnítríð bylgjuleiðari, þykkur kísilhryggur bylgjuleiðari, þunnur kísilnítríð bylgjuleiðari og dópaður kísilbylgjuleiðari. Efst, frá vinstri til hægri, eru eyðingarstýringar, germaníum ljósnemar og germaníumoptískir magnarar.

Mynd 2: Þverskurður af ljósbylgjuleiðara sem byggir á sílikon, sýnir dæmigerð útbreiðslutap og brotstuðul.