Цахиурын фотоникийн идэвхтэй элемент
Фотоникийн идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь гэрэл ба материйн хоорондох зориудаар зохион бүтээсэн динамик харилцан үйлчлэлийг хэлдэг. Фотоникийн ердийн идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсэг нь оптик модулятор юм. Одоогийн бүх цахиур дээр суурилсаноптик модуляторуудплазмын чөлөөт тээвэрлэгчийн нөлөөнд суурилдаг. Цахиурын материалын чөлөөт электрон ба нүхний тоог допинг, цахилгаан эсвэл оптик аргаар өөрчлөх нь түүний цогц хугарлын илтгэгчийг өөрчилж болох бөгөөд энэ үйл явцыг Сореф, Беннетт нарын өгөгдлийг 1550 нанометрийн долгионы уртад тохируулснаар олж авсан (1,2) тэгшитгэлд харуулав. Электронтой харьцуулахад нүхнүүд нь бодит болон хуурмаг хугарлын илтгэгчийн өөрчлөлтийн илүү их хувийг үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь өгөгдсөн алдагдлын өөрчлөлтийн хувьд илүү том фазын өөрчлөлтийг үүсгэж чаддаг тулМах-Зендер модуляторуудболон цагираг модуляторуудыг хийхэд нүх ашиглах нь ихэвчлэн илүү тохиромжтой байдагфазын модуляторууд.
Төрөл бүрийнцахиур (Si) модулятортөрлүүдийг Зураг 10А-д үзүүлэв. Тээвэрлэгч тарилгын модуляторт гэрэл нь маш өргөн зүү уулзвар доторх дотоод цахиурт байрладаг бөгөөд электрон ба нүхийг тарьдаг. Гэсэн хэдий ч ийм модуляторууд нь удаан ажилладаг бөгөөд ихэвчлэн 500 МГц зурвасын өргөнтэй байдаг, учир нь тарилгын дараа чөлөөт электрон ба нүхнүүд дахин нэгдэх нь илүү удаан хугацаа шаарддаг. Тиймээс энэ бүтцийг модулятор биш харин хувьсах оптик сулруулагч (VOA) болгон ашигладаг. Тээвэрлэгч хомсдолын модуляторт гэрлийн хэсэг нь нарийн pn уулзварт байрладаг бөгөөд pn уулзварын хомсдолын өргөнийг хэрэглэсэн цахилгаан орон өөрчилдөг. Энэхүү модулятор нь 50Gb/s-ээс дээш хурдтай ажиллах боломжтой боловч дэвсгэр оруулгын алдагдал өндөр байдаг. Ердийн vpil нь 2 V-cm юм. Металл исэл хагас дамжуулагч (MOS) (үнэндээ хагас дамжуулагч-оксид-хагас дамжуулагч) модулятор нь pn уулзварт нимгэн исэл давхарга агуулдаг. Энэ нь тээвэрлэгчийн хуримтлал болон тээвэрлэгчийн хомсдолыг зөвшөөрдөг бөгөөд ойролцоогоор 0.2 В-см-ийн бага VπL-ийг зөвшөөрдөг боловч оптик алдагдал өндөр, нэгж урт тутамд багтаамж өндөр байх сул талтай. Үүнээс гадна, SiGe (цахиурын Германий хайлш) туузны ирмэгийн хөдөлгөөнд суурилсан SiGe цахилгаан шингээлтийн модуляторууд байдаг. Үүнээс гадна, шингээгч металл болон тунгалаг тусгаарлагчийн хооронд шилжихдээ графен дээр тулгуурладаг графен модуляторууд байдаг. Эдгээр нь өндөр хурдтай, алдагдал багатай оптик дохионы модуляцийг бий болгохын тулд янз бүрийн механизмын хэрэглээний олон янз байдлыг харуулж байна.
Зураг 10: (A) Цахиур дээр суурилсан янз бүрийн оптик модуляторын загваруудын хөндлөн огтлолын диаграмм болон (B) оптик илрүүлэгчийн загваруудын хөндлөн огтлолын диаграмм.
Зураг 10B-д цахиур дээр суурилсан хэд хэдэн гэрэл мэдрэгчийг харуулав. Шингээгч материал нь германий (Ge) юм. Ge нь ойролцоогоор 1.6 микрон хүртэлх долгионы уртад гэрлийг шингээх чадвартай. Зүүн талд нь өнөө үед хамгийн амжилттай арилжааны зориулалттай зүүний бүтэц харагдаж байна. Энэ нь Ge ургадаг P хэлбэрийн хольцтой цахиураас бүрдэнэ. Ge болон Si нь 4% торны зөрүүтэй бөгөөд мултрахаас сэргийлэхийн тулд эхлээд SiGe-ийн нимгэн давхаргыг буфер давхарга болгон ургуулдаг. N хэлбэрийн хольцыг Ge давхаргын дээд хэсэгт хийдэг. Металл-хагас дамжуулагч-металл (MSM) фотодиодыг дунд хэсэгт, APD (Цасан нурангийн фотодетектор) баруун талд харагдаж байна. APD дахь цасан нурангийн бүс нь Si-д байрладаг бөгөөд энэ нь III-V бүлгийн элементийн материалын цасан нурангийн бүстэй харьцуулахад дуу чимээ багатай шинж чанартай байдаг.
Одоогийн байдлаар оптик олшруулалтыг цахиурын фотониктой нэгтгэхэд илэрхий давуу талтай шийдэл байхгүй байна. Зураг 11-т угсралтын түвшингээр зохион байгуулагдсан хэд хэдэн боломжит хувилбаруудыг харуулав. Зүүн талд нь эпитаксиал аргаар ургуулсан германи (Ge)-ийг оптик олшруулалтын материал болгон ашиглах, эрбиумд хольсон (Er) шилэн долгион хөтлүүр (жишээлбэл, оптик шахах шаардлагатай Al2O3), эпитаксиал аргаар ургуулсан галлий арсенид (GaAs) квант цэгүүдийг багтаасан цул интеграцууд байна. Дараагийн багана нь III-V бүлгийн олшруулалтын бүсэд исэл ба органик холбоог хамарсан вафераас вафер хүртэлх угсралт юм. Дараагийн багана нь чипээс вафер хүртэлх угсралт бөгөөд энэ нь III-V бүлгийн чипийг цахиурын ваферын хөндийд суулгаж, дараа нь долгион хөтлүүрийн бүтцийг боловсруулах ажлыг хамардаг. Энэхүү эхний гурван баганын аргын давуу тал нь төхөөрөмжийг зүсэхээс өмнө вафер дотор бүрэн ажиллагаатай туршиж үзэх боломжтой юм. Хамгийн баруун талын багана нь чипээс вафер хүртэлх угсралт бөгөөд үүнд цахиурын чипийг III-V бүлгийн чиптэй шууд холбох, мөн линз болон торны холбогчоор холбох зэрэг орно. Арилжааны хэрэглээний чиг хандлага нь хүснэгтийн баруун талаас зүүн тийш илүү цогц, нэгдмэл шийдлүүд рүү шилжиж байна.
Зураг 11: Оптик олшруулалтыг цахиур дээр суурилсан фотоникт хэрхэн нэгтгэсэн бэ. Зүүнээс баруун тийш шилжих үед үйлдвэрлэлийн оруулах цэг аажмаар процессын явцад буцаж шилждэг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 7-р сарын 22