Sistema de material de circuíto integrado fotónico (PIC).

Sistema de material de circuíto integrado fotónico (PIC).

A fotónica de silicio é unha disciplina que utiliza estruturas planas baseadas en materiais de silicio para dirixir a luz e conseguir unha variedade de funcións. Centrámonos aquí na aplicación da fotónica de silicio na creación de transmisores e receptores para comunicacións por fibra óptica. A medida que aumenta a necesidade de engadir máis transmisión a un ancho de banda determinado, unha pegada determinada e un custo determinado, a fotónica de silicio faise máis sólida económicamente. Para a parte óptica,tecnoloxía de integración fotónicadeben usarse, e a maioría dos transceptores coherentes hoxe constrúense usando moduladores de circuíto de ondas de luz plana (PLC) LiNbO3/planar e receptores InP/PLC.

Figura 1: Mostra os sistemas de materiais de circuíto integrado fotónico (PIC) de uso habitual.

A figura 1 mostra os sistemas de materiais PIC máis populares. De esquerda a dereita están PIC de sílice baseado en silicio (tamén coñecido como PLC), PIC illante baseado en silicio (fotónica de silicio), niobato de litio (LiNbO3) e PIC do grupo III-V, como InP e GaAs. Este traballo céntrase na fotónica baseada en silicio. Enfotónica de silicio, o sinal luminoso viaxa principalmente en silicio, que ten un intervalo de banda indirecto de 1,12 electróns voltios (cunha lonxitude de onda de 1,1 micras). O silicio cultívase en forma de cristais puros en fornos e despois córtase en obleas, que hoxe en día teñen normalmente 300 mm de diámetro. A superficie da oblea é oxidada para formar unha capa de sílice. Unha das obleas é bombardeada con átomos de hidróxeno ata certa profundidade. As dúas obleas fúndense despois no baleiro e as súas capas de óxido únense entre si. O conxunto rompe ao longo da liña de implantación de ións hidróxeno. A capa de silicio na fenda é entón pulida, deixando finalmente unha fina capa de Si cristalino encima da oblea intacta do "mango" de silicio sobre a capa de sílice. A partir desta fina capa cristalina fórmanse guías de ondas. Aínda que estas obleas illantes baseadas en silicio (SOI) fan posibles guías de ondas fotónicas de silicio de baixa perda, en realidade úsanse máis habitualmente en circuítos CMOS de baixa potencia debido á baixa corrente de fuga que proporcionan.

Existen moitas formas posibles de guías de ondas ópticas baseadas en silicio, como se mostra na Figura 2. Van desde guías de ondas de sílice dopadas con xermanio a microescala ata guías de ondas de fíos de silicio a nanoescala. Mesturando xermanio, é posible facerfotodetectorese absorción eléctricamoduladores, e posiblemente incluso amplificadores ópticos. Dopando o silicio, anmodulador ópticopódese facer. A parte inferior de esquerda a dereita son: guía de ondas de fío de silicio, guía de ondas de nitruro de silicio, guía de ondas de oxinitruro de silicio, guía de ondas de cresta de silicio grosa, guía de ondas fina de nitruro de silicio e guía de ondas de silicio dopado. Na parte superior, de esquerda a dereita, hai moduladores de esgotamento, fotodetectores de xermanio e xermanio.amplificadores ópticos.

Figura 2: sección transversal dunha serie de guías de ondas ópticas baseada en silicio, que mostra as perdas de propagación típicas e os índices de refracción.