sistema de materiales de circuitos integrados fotónicos (PIC)
La fotónica de silicio es una disciplina que utiliza estructuras planas basadas en materiales de silicio para dirigir la luz y lograr diversas funciones. Aquí nos centramos en la aplicación de la fotónica de silicio en la creación de transmisores y receptores para comunicaciones de fibra óptica. A medida que aumenta la necesidad de transmitir más con un ancho de banda, un tamaño y un coste determinados, la fotónica de silicio se vuelve más rentable. En cuanto a la parte óptica,tecnología de integración fotónicaDebe utilizarse, y la mayoría de los transceptores coherentes actuales se construyen utilizando moduladores LiNbO3/circuito de onda de luz planar (PLC) separados y receptores InP/PLC.
Figura 1: Muestra los sistemas de materiales de circuitos integrados fotónicos (PIC) de uso común.
La figura 1 muestra los sistemas de materiales PIC más populares. De izquierda a derecha se encuentran los PIC de sílice basados en silicio (también conocidos como PLC), los PIC aislantes basados en silicio (fotónica de silicio), el niobato de litio (LiNbO3) y los PIC del grupo III-V, como InP y GaAs. Este artículo se centra en la fotónica basada en silicio.fotónica de silicioLa señal luminosa se propaga principalmente en silicio, que posee una banda prohibida indirecta de 1,12 electronvoltios (con una longitud de onda de 1,1 micras). El silicio se cultiva en forma de cristales puros en hornos y luego se corta en obleas, que actualmente suelen tener un diámetro de 300 mm. La superficie de la oblea se oxida para formar una capa de sílice. Una de las obleas se bombardea con átomos de hidrógeno hasta cierta profundidad. A continuación, las dos obleas se fusionan al vacío y sus capas de óxido se unen entre sí. El conjunto se rompe a lo largo de la línea de implantación de iones de hidrógeno. La capa de silicio en la grieta se pule, dejando finalmente una fina capa de silicio cristalino sobre la oblea de silicio intacta, que sirve de soporte y se encuentra sobre la capa de sílice. Las guías de onda se forman a partir de esta fina capa cristalina. Si bien estas obleas de silicio aislante (SOI) permiten la creación de guías de onda fotónicas de silicio de baja pérdida, en realidad se utilizan con mayor frecuencia en circuitos CMOS de bajo consumo debido a la baja corriente de fuga que proporcionan.
Existen numerosas formas posibles de guías de onda ópticas basadas en silicio, como se muestra en la Figura 2. Estas varían desde guías de onda de sílice dopada con germanio a microescala hasta guías de onda de nanocables de silicio. Mediante la adición de germanio, es posible fabricarfotodetectoresy absorción eléctricamoduladoresy posiblemente incluso amplificadores ópticos. Al dopar el silicio, unmodulador ópticose pueden fabricar. En la parte inferior, de izquierda a derecha, se encuentran: guía de onda de hilo de silicio, guía de onda de nitruro de silicio, guía de onda de oxinitruro de silicio, guía de onda de cresta de silicio gruesa, guía de onda de nitruro de silicio delgada y guía de onda de silicio dopado. En la parte superior, de izquierda a derecha, se encuentran moduladores de agotamiento, fotodetectores de germanio y germanio.amplificadores ópticos.
Figura 2: Sección transversal de una serie de guías de onda ópticas basadas en silicio, que muestra las pérdidas de propagación y los índices de refracción típicos.
Fecha de publicación: 15 de julio de 2024