Цахиурын фотоник идэвхтэй элемент

Цахиурын фотоник идэвхтэй элемент

Фотоникийн идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь гэрэл ба бодисын хоорондох зориудаар зохион бүтээсэн динамик харилцан үйлчлэлийг хэлнэ. Фотоникийн ердийн идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсэг нь оптик модулятор юм. Одоогийн бүх цахиур дээр суурилсаноптик модуляторуудплазмын чөлөөт зөөвөрлөгчийн нөлөөнд суурилдаг. Цахиурын материал дахь чөлөөт электрон болон нүхний тоог допинг, цахилгаан эсвэл оптик аргаар өөрчлөх нь түүний нарийн төвөгтэй хугарлын илтгэгчийг өөрчлөх боломжтой бөгөөд энэ процессыг Сореф, Беннетт нарын 1550 нанометр долгионы урттай өгөгдөлд тохируулан олж авсан тэгшитгэл (1,2)-д үзүүлэв. . Электронтой харьцуулахад цоорхойнууд нь бодит ба төсөөллийн хугарлын индексийн өөрчлөлтийн илүү их хувийг үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь өгөгдсөн алдагдлын өөрчлөлтөд илүү их фазын өөрчлөлтийг үүсгэж чаддаг.Mach-Zehnder модуляторуудболон цагираг модулятор, энэ нь ихэвчлэн хийх нүх ашиглахыг илүүд үздэгфазын модуляторууд.

Төрөл бүрийнцахиур (Si) модулятортөрлүүдийг Зураг 10А-д үзүүлэв. Тээвэрлэгч тарилгын модулятор дээр гэрэл нь маш өргөн тээглүүр уулзвар дотор цахиурт байрладаг бөгөөд электронууд болон нүхнүүд тарьдаг. Гэсэн хэдий ч ийм модуляторууд нь ихэвчлэн 500 МГц зурвасын өргөнтэй, удаан байдаг, учир нь тарилгын дараа чөлөөт электронууд болон нүхнүүд дахин нэгдэхийн тулд илүү их хугацаа шаардагддаг. Тиймээс энэ бүтцийг модулятор гэхээсээ илүү хувьсах оптик сулруулагч (VOA) болгон ашигладаг. Тээвэрлэгчийн хомсдолын модулятор дээр гэрлийн хэсэг нь нарийн pn уулзварт байрладаг бөгөөд pn уулзварын хомсдолын өргөнийг цахилгаан орон зайд өөрчилдөг. Энэ модулятор нь 50Gb/s-ээс дээш хурдтай ажиллах боломжтой боловч дэвсгэр оруулах алдагдал ихтэй. Ердийн vpil нь 2 V-см байна. Металл ислийн хагас дамжуулагч (MOS) (үнэндээ хагас дамжуулагч-оксид-хагас дамжуулагч) модулятор нь pn уулзвар дахь нимгэн ислийн давхаргыг агуулдаг. Энэ нь зөөвөрлөгчийг хуримтлуулахаас гадна зөөвөрлөгчийг шавхах боломжийг олгодог бөгөөд ойролцоогоор 0.2 В-см-ийн VπL-ийг бага байлгах боломжийг олгодог боловч өндөр оптик алдагдал, нэгж уртын багтаамж өндөр байдаг сул талтай. Үүнээс гадна SiGe (цахиурын Германы хайлш) туузны ирмэгийн хөдөлгөөнд суурилсан SiGe цахилгаан шингээлтийн модуляторууд байдаг. Нэмж дурдахад графен дээр тулгуурладаг графен модуляторууд байдаг бөгөөд тэдгээрийг шингээх металл болон тунгалаг тусгаарлагчийн хооронд шилжүүлдэг. Эдгээр нь өндөр хурдтай, бага алдагдалтай оптик дохионы модуляцийг бий болгохын тулд янз бүрийн механизмын хэрэглээний олон янз байдлыг харуулж байна.

Зураг 10: (A) Цахиурт суурилсан төрөл бүрийн оптик модуляторуудын хөндлөн огтлолын диаграмм ба (B) оптик детекторын загваруудын хөндлөн огтлолын диаграм.

Цахиурт суурилсан хэд хэдэн гэрлийн мэдрэгчийг Зураг 10В-д үзүүлэв. Шингээх материал нь германий (Ge) юм. Ge нь 1.6 микрон хүртэлх долгионы урттай гэрлийг шингээх чадвартай. Зүүн талд өнөөдөр хамгийн амжилттай арилжааны тээглүүр бүтцийг харуулав. Энэ нь Ge ургадаг P төрлийн нэмэлт цахиураас бүрддэг. Ge болон Si нь 4%-ийн торны зөрүүтэй бөгөөд мултралыг багасгахын тулд эхлээд SiGe-ийн нимгэн давхаргыг буфер давхарга болгон ургуулдаг. N төрлийн допинг нь Ge давхаргын дээд хэсэгт хийгддэг. Дунд хэсэгт металл-хагас дамжуулагч-металл (MSM) фотодиод, APD (нуранги фото илрүүлэгч) баруун талд харагдаж байна. APD дахь нуралтын бүс нь Си мужид байрладаг бөгөөд энэ нь III-V бүлгийн элементийн материалын нуранги бүстэй харьцуулахад дуу чимээ багатай байдаг.

Одоогоор цахиурын фотониктэй оптик олзыг нэгтгэх тодорхой давуу талтай шийдэл байхгүй байна. Зураг 11-д угсралтын түвшингээр зохион байгуулагдсан хэд хэдэн боломжит хувилбаруудыг харуулав. Хамгийн зүүн талд эпитаксаар ургуулсан германий (Ge) оптик ашигт малтмалын материал болгон ашиглах, эрби агуулсан (Er) шилэн долгион хөтлүүр (оптик шахах шаардлагатай Al2O3 гэх мэт), эпитаксаар ургуулсан галлийн арсенид (GaAs) зэргийг багтаасан цул интегралууд байна. ) квант цэгүүд. Дараагийн багана нь III-V бүлгийн олшрох бүсэд исэл ба органик холболтыг хамарсан вафлиас хавтангийн угсралт юм. Дараагийн багана нь чипээс хавтанцар угсралт бөгөөд энэ нь III-V бүлгийн чипийг цахиурын хавтанцарын хөндийд суулгаж, дараа нь долгион хөтлүүрийн бүтцийг боловсруулах явдал юм. Энэхүү эхний гурван баганын аргын давуу тал нь зүсэхээс өмнө төхөөрөмжийг вафель дотор бүрэн ажиллагаатай туршиж үзэх боломжтой юм. Хамгийн баруун талын багана нь чипээс чип хүртэлх угсралт, үүнд цахиурын чипийг III-V бүлгийн чиптэй шууд холбох, мөн линз болон сараалжтай холбогчоор холбох зэрэг багтана. Арилжааны хэрэглээний чиг хандлага нь графикийн баруун талаас зүүн талд илүү нэгдсэн, нэгдсэн шийдэл рүү шилжиж байна.

Зураг 11: Оптик олзыг цахиурт суурилсан фотоникт хэрхэн нэгтгэдэг вэ. Таныг зүүнээс баруун тийш шилжих үед үйлдвэрлэлийн оруулах цэг нь процесст аажмаар буцаж шилждэг.