Sistema di materiale a circuito integrato fotonico (PIC).
La fotonica del silicio è una disciplina che utilizza strutture planari basate su materiali di silicio per dirigere la luce per ottenere una varietà di funzioni. Ci concentreremo qui sull'applicazione della fotonica del silicio nella creazione di trasmettitori e ricevitori per comunicazioni in fibra ottica. Poiché la necessità di aggiungere più trasmissione a una determinata larghezza di banda, un determinato ingombro e un determinato costo aumenta, la fotonica del silicio diventa più valida dal punto di vista economico. Per la parte ottica,tecnologia di integrazione fotonicadeve essere utilizzato e la maggior parte dei ricetrasmettitori coerenti oggi sono costruiti utilizzando modulatori LiNbO3/circuito planare a onde luminose (PLC) separati e ricevitori InP/PLC.
Figura 1: Mostra i sistemi di materiali a circuito integrato fotonico (PIC) comunemente utilizzati.
La Figura 1 mostra i sistemi di materiali PIC più popolari. Da sinistra a destra ci sono il PIC di silice a base di silicio (noto anche come PLC), il PIC isolante a base di silicio (fotonica del silicio), il niobato di litio (LiNbO3) e il PIC del gruppo III-V, come InP e GaAs. Questo articolo si concentra sulla fotonica basata sul silicio. Infotonica del silicio, il segnale luminoso viaggia principalmente nel silicio, che ha una banda proibita indiretta 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 ad 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 fessura 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) rendano possibili guide d'onda fotoniche in silicio a bassa perdita, in realtà sono più comunemente utilizzati nei circuiti CMOS a bassa potenza a causa della bassa corrente di dispersione che forniscono.
Esistono molte forme possibili 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 microscala alle guide d'onda in filo di silicio su scala nanometrica. Miscelando il germanio, è possibile crearefotorilevatorie assorbimento elettricomodulatorie forse anche amplificatori ottici. Dopando il silicio, unmodulatore otticopuò essere fatto. 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 in 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 i modulatori di esaurimento, i fotorivelatori al germanio e il germanioamplificatori ottici.
Figura 2: Sezione trasversale di una serie di guide d'onda ottiche a base di silicio, che mostra le perdite di propagazione e gli indici di rifrazione tipici.
Orario di pubblicazione: 15 luglio 2024