sistema di materiali per circuiti fotonici integrati (PIC)
La fotonica al silicio è una disciplina che utilizza strutture planari basate su materiali al silicio per dirigere la luce e realizzare una varietà di funzioni. Qui ci concentriamo sull'applicazione della fotonica al silicio nella creazione di trasmettitori e ricevitori per le comunicazioni in fibra ottica. Man mano che aumenta la necessità di aggiungere più trasmissione a una data larghezza di banda, a un dato ingombro e a un dato costo, la fotonica al silicio diventa più economicamente vantaggiosa. Per la parte ottica,tecnologia di integrazione fotonicadevono essere utilizzati, e la maggior parte dei ricetrasmettitori coerenti odierni sono costruiti utilizzando modulatori LiNbO3/PLC (Planar Light-Wave Circuit) separati e ricevitori InP/PLC.
Figura 1: Mostra i sistemi di materiali comunemente utilizzati nei circuiti integrati fotonici (PIC).
La Figura 1 mostra i sistemi di materiali PIC più diffusi. Da sinistra a destra si trovano i PIC a base di silicio e silice (noti anche come PLC), i PIC a base di silicio e isolante (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 al silicioIl segnale luminoso viaggia principalmente nel silicio, che ha un band gap 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 tipicamente 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 di idrogeno. Lo strato di silicio in corrispondenza della frattura viene quindi lucidato, lasciando infine un sottile strato di silicio cristallino sopra il wafer di silicio "manico" intatto, sopra lo strato di silice. Le guide d'onda vengono formate da questo sottile strato cristallino. Sebbene questi wafer di isolante a base di silicio (SOI) rendano possibili le guide d'onda fotoniche in silicio a bassa perdita, in realtà sono più comunemente utilizzati nei circuiti CMOS a bassa potenza grazie alla bassa corrente di dispersione che forniscono.
Esistono molte possibili forme di guide d'onda ottiche a base di silicio, come mostrato nella Figura 2. Vanno dalle guide d'onda in silice drogata con germanio su scala micrometrica alle guide d'onda in filo di silicio su scala nanometrica. Miscelando il germanio, è possibile realizzarefotorilevatorie assorbimento elettricomodulatorie possibilmente anche amplificatori ottici. Drogando il silicio, unmodulatore otticopossono essere realizzati. In basso da sinistra a destra ci sono: guida d'onda in filo di silicio, guida d'onda in nitruro di silicio, guida d'onda in ossinitruro di silicio, guida d'onda a cresta di silicio spessa, guida d'onda in nitruro di silicio sottile e guida d'onda in silicio drogato. In alto, da sinistra a destra, ci sono modulatori di svuotamento, fotorivelatori al germanio e germanio.amplificatori ottici.
Figura 2: Sezione trasversale di una serie di guide d'onda ottiche a base di silicio, che mostra le tipiche perdite di propagazione e gli indici di rifrazione.
Data di pubblicazione: 15 luglio 2024