Sistema de materiais de circuíto integrado fotónico (PIC)

Sistema de materiais de circuíto integrado fotónico (PIC)

A fotónica de silicio é unha disciplina que emprega estruturas planas baseadas en materiais de silicio para dirixir a luz e acadar unha variedade de funcións. Centrámonos aquí na aplicación da fotónica de silicio na creación de transmisores e receptores para comunicacións de 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 vólvese máis economicamente viable. Para a parte óptica,tecnoloxía de integración fotónicadébese usar, e a maioría dos transceptores coherentes actuais constrúense empregando moduladores de circuíto de ondas de luz planar (PLC) de LiNbO3 e receptores InP/PLC separados.

Figura 1: Mostra os sistemas de materiais de circuítos integrados fotónicos (PIC) de uso común.

A figura 1 mostra os sistemas de materiais PIC máis populares. De esquerda a dereita están os PIC de sílice baseados en silicio (tamén coñecidos como PLC), os PIC illantes baseados en silicio (fotónica de silicio), os PIC de niobato de litio (LiNbO3) e os PIC do grupo III-V, como o InP e o GaAs. Este artigo céntrase na fotónica baseada en silicio. Enfotónica de silicio, o sinal luminoso viaxa principalmente en silicio, que ten unha banda prohibida indirecta de 1,12 electróns voltios (cunha lonxitude de onda de 1,1 micras). O silicio cultívase en forma de cristais puros en fornos e logo córtase en obleas, que hoxe en día adoitan ter 300 mm de diámetro. A superficie da oblea oxídase para formar unha capa de sílice. Unha das obleas bombardéase con átomos de hidróxeno a unha certa profundidade. As dúas obleas fusiónanse entón no baleiro e as súas capas de óxido únense entre si. O conxunto rompe ao longo da liña de implantación de ións de hidróxeno. A capa de silicio na fenda pálese entón, deixando finalmente unha fina capa de Si cristalino enriba da oblea de "mango" de silicio intacta enriba da capa de sílice. As guías de onda fórmanse a partir desta fina capa cristalina. Aínda que estas obleas illantes baseadas en silicio (SOI) fan posibles as guías de onda 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 onda ópticas baseadas en silicio, como se mostra na Figura 2. Van desde guías de onda de sílice dopadas con xermanio a microescala ata guías de onda de fío de silicio a nanoescala. Ao mesturar xermanio, é posible facerfotodetectorese absorción eléctricamoduladores, e posiblemente mesmo amplificadores ópticos. Ao dopar silicio, unmodulador 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 cristas de silicio grosas, guía de ondas de nitruro de silicio finas e guía de ondas de silicio dopado. Na parte superior, de esquerda a dereita, están os moduladores de esgotamento, os fotodetectores de xermanio e os de xermanioamplificadores ópticos.

Figura 2: Sección transversal dunha serie de guías de ondas ópticas baseadas en silicio, que mostra as perdas de propagación e os índices de refracción típicos.