Sistema di materiali per circuiti integrati fotonici (PIC)
La fotonica del silicio è una disciplina che utilizza strutture planari basate su materiali al silicio per dirigere la luce e ottenere una varietà di funzioni. Ci concentriamo qui sull'applicazione della fotonica del silicio nella creazione di trasmettitori e ricevitori per le comunicazioni in fibra ottica. Con l'aumentare della necessità di aumentare la trasmissione a una determinata larghezza di banda, un dato ingombro e un dato costo, la fotonica del silicio diventa più conveniente dal punto di vista economico. Per la parte ottica,tecnologia di integrazione fotonicadevono essere utilizzati e la maggior parte dei ricetrasmettitori coerenti odierni sono costruiti utilizzando modulatori separati LiNbO3/circuito planare a onde luminose (PLC) e ricevitori InP/PLC.
Figura 1: mostra i sistemi di materiali per circuiti integrati fotonici (PIC) comunemente utilizzati.
La Figura 1 mostra i sistemi di materiali PIC più diffusi. Da sinistra a destra sono rappresentati il PIC in silice a base di silicio (noto anche come PLC), il PIC isolante a base di silicio (fotonica al silicio), il niobato di litio (LiNbO3) e i PIC del gruppo III-V, come InP e GaAs. Questo articolo si concentra sulla fotonica a base di silicio.fotonica del silicio, il segnale luminoso viaggia principalmente nel silicio, che ha un gap di banda indiretto di 1,12 elettronvolt (con una lunghezza d'onda di 1,1 micron). Il silicio viene coltivato sotto forma di cristalli puri in forni e poi tagliato in wafer, che oggi hanno in genere un diametro di 300 mm. La superficie del wafer viene ossidata per formare uno strato di silice. Uno dei wafer viene bombardato con atomi di idrogeno fino a una certa profondità. I due wafer vengono quindi fusi sotto vuoto e i loro strati di ossido si legano tra loro. L'assemblaggio si rompe lungo la linea di impianto degli ioni idrogeno. Lo strato di silicio in corrispondenza della crepa viene quindi lucidato, lasciando infine un sottile strato di Si cristallino sopra il wafer di silicio intatto "manico" sopra lo strato di silice. Le guide d'onda sono formate da questo sottile strato cristallino. Sebbene questi wafer isolanti a base di silicio (SOI) consentano di realizzare guide d'onda fotoniche al silicio a bassa perdita, in realtà vengono utilizzati più comunemente nei circuiti CMOS a bassa potenza a causa della bassa corrente di dispersione che forniscono.
Esistono molte possibili forme di guide d'onda ottiche a base di silicio, come mostrato nella Figura 2. Si va dalle guide d'onda in silice drogata con germanio su scala microscopica alle guide d'onda in filo di silicio su scala nanometrica. Miscelando il germanio, è possibile realizzarefotorilevatorie assorbimento elettricomodulatorie forse anche amplificatori ottici. Drogando il silicio, unmodulatore otticoPossono essere realizzati. In basso, da sinistra a destra, si trovano: guida d'onda a filo di silicio, guida d'onda al nitruro di silicio, guida d'onda all'ossinitruro di silicio, guida d'onda a cresta di silicio spessa, guida d'onda al nitruro di silicio sottile e guida d'onda al silicio drogato. In alto, da sinistra a destra, si trovano modulatori di svuotamento, fotorivelatori al germanio e guida d'onda al germanio.amplificatori ottici.
Figura 2: Sezione trasversale di una serie di guide d'onda ottiche al silicio, che mostra le perdite di propagazione tipiche e gli indici di rifrazione.
Data di pubblicazione: 15-lug-2024