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 por fibra óptica. A medida que aumenta la necesidad de añadir más transmisión 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 de circuitos de ondas de luz planares (PLC) de LiNbO3 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 viaja principalmente en silicio, que tiene 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 hoy en día suelen tener 300 mm de diámetro. 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. Luego, 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 Si cristalino sobre la oblea de silicio intacta que actúa como "mango", sobre la capa de sílice. A partir de esta fina capa cristalina se forman guías de onda. Si bien estas obleas de silicio aislante (SOI) hacen posibles las guías de onda fotónicas de silicio de baja pérdida, en realidad se utilizan más comúnmente en circuitos CMOS de baja potencia debido a la baja corriente de fuga que proporcionan.
Existen muchas formas posibles de guías de onda ópticas basadas en silicio, como se muestra en la Figura 2. Estas van desde guías de onda de sílice dopadas con germanio a microescala hasta guías de onda de alambre de silicio a nanoescala. Al mezclar germanio, es posible hacerfotodetectoresy 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 ondas de alambre de silicio, guía de ondas de nitruro de silicio, guía de ondas de oxinitruro de silicio, guía de ondas de cresta de silicio gruesa, guía de ondas de nitruro de silicio delgada y guía de ondas de silicio dopado. En la parte superior, de izquierda a derecha, se encuentran moduladores de agotamiento, fotodetectores de germanio y germanioamplificadores 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