ဆီလီကွန် ဖိုတွန်နစ် တက်ကြွသော ဒြပ်စင်

ဆီလီကွန် ဖိုတွန်နစ် တက်ကြွသော ဒြပ်စင်

ဖိုတွန်နစ် တက်ကြွသော အစိတ်အပိုင်းများသည် အလင်းနှင့် ဒြပ်ထုအကြား ရည်ရွယ်ချက်ရှိရှိ ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသော ဒိုင်းနမစ် အပြန်အလှန် ဆက်သွယ်မှုများကို ရည်ညွှန်းသည်။ ဖိုတွန်နစ်၏ ပုံမှန်တက်ကြွသော အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုမှာ optical modulator ဖြစ်သည်။ လက်ရှိ ဆီလီကွန်အခြေခံ အားလုံးသည်အလင်းတန်း မော်ဂျူလာများ၎င်းတို့သည် plasma free carrier effect ပေါ်တွင် အခြေခံထားသည်။ doping၊ electrical သို့မဟုတ် optical နည်းလမ်းများမှတစ်ဆင့် ဆီလီကွန်ပစ္စည်းရှိ free electron များနှင့် holes အရေအတွက်ကို ပြောင်းလဲခြင်းသည် ၎င်း၏ရှုပ်ထွေးသော refractive index ကို ပြောင်းလဲနိုင်ပြီး၊ 1550 nanometers wavelength တွင် Soref နှင့် Bennett မှ fitting data ဖြင့်ရရှိသော equations (1,2) တွင်ပြသထားသော လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ အီလက်ထရွန်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက hole များသည် real နှင့် imaginary refractive index ပြောင်းလဲမှုများ၏ အချိုးအစားပိုမိုများပြားစေသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ ၎င်းတို့သည် ပေးထားသော loss ပြောင်းလဲမှုအတွက် ပိုမိုကြီးမားသော phase ပြောင်းလဲမှုတစ်ခုကို ထုတ်လုပ်နိုင်သည်။Mach-Zehnder မော်ဂျူလာများနှင့် ring modulators များအတွက်၊ အပေါက်များပြုလုပ်ရန်အတွက် များသောအားဖြင့် ပိုနှစ်သက်ကြသည်အဆင့် မော်ဂျူလာများ.

အမျိုးမျိုးသောဆီလီကွန် (Si) မော်ဂျူလာတာအမျိုးအစားများကို ပုံ ၁၀A တွင် ပြသထားသည်။ carrier injection modulator တွင် အလင်းသည် အလွန်ကျယ်ပြန့်သော pin junction အတွင်းရှိ intrinsic silicon တွင် တည်ရှိပြီး electron များနှင့် holes များကို ထိုးသွင်းသည်။ သို့သော် free electron များနှင့် holes များသည် injection ပြီးနောက် recombine ပြုလုပ်ရန် အချိန်ပိုကြာသောကြောင့် ထိုကဲ့သို့သော modulator များသည် bandwidth 500 MHz ဖြင့် နှေးကွေးသည်။ ထို့ကြောင့် ဤဖွဲ့စည်းပုံကို modulator ထက် variable optical attenuator (VOA) အဖြစ် မကြာခဏ အသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ carrier depletion modulator တွင် အလင်းအပိုင်းသည် ကျဉ်းမြောင်းသော pn junction တွင် တည်ရှိပြီး pn junction ၏ depletion width ကို အသုံးချသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖြင့် ပြောင်းလဲသည်။ ဤ modulator သည် 50Gb/s ထက်ပိုသော မြန်နှုန်းဖြင့် လည်ပတ်နိုင်သော်လည်း background insertion loss မြင့်မားသည်။ ပုံမှန် vpil သည် 2 V-cm ဖြစ်သည်။ metal oxide semiconductor (MOS) (တကယ်တော့ semiconductor-oxide-semiconductor) modulator တွင် pn junction တွင် oxide အလွှာပါးတစ်ခု ပါဝင်သည်။ ၎င်းသည် carrier accumulation အချို့အပြင် carrier depletion အချို့ကို ခွင့်ပြုပြီး 0.2 V-cm2 ခန့်ရှိသော VπL ကို ခွင့်ပြုသော်လည်း optical losses မြင့်မားခြင်းနှင့် unit length တစ်ခုလျှင် capacitance မြင့်မားခြင်း၏ အားနည်းချက်ရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ SiGe (silicon Germanium alloy) band edge movement ကိုအခြေခံသည့် SiGe electrical absorption modulators များလည်းရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ absorbing metals များနှင့် transparent insulator များအကြား ပြောင်းလဲရန် graphene ကို အားကိုးသော graphene modulators များလည်းရှိသည်။ ၎င်းတို့သည် မြန်နှုန်းမြင့်၊ ဆုံးရှုံးမှုနည်းသော optical signal modulation ကိုရရှိရန် မတူညီသောယန္တရားများ၏ အသုံးချမှုအမျိုးမျိုးကို သရုပ်ပြသည်။

ပုံ ၁၀: (က) ဆီလီကွန်အခြေခံ optical modulator ဒီဇိုင်းအမျိုးမျိုး၏ ဖြတ်ပိုင်းပုံနှင့် (ခ) optical detector ဒီဇိုင်းများ၏ ဖြတ်ပိုင်းပုံ။

ပုံ ၁၀ခ တွင် ဆီလီကွန်အခြေခံ အလင်းရှာဖွေစက် အများအပြားကို ပြသထားသည်။ စုပ်ယူသည့်ပစ္စည်းမှာ ဂျာမေနီယမ် (Ge) ဖြစ်သည်။ Ge သည် 1.6 မိုက်ခရွန်ခန့်အထိ လှိုင်းအလျားများတွင် အလင်းကို စုပ်ယူနိုင်သည်။ ဘယ်ဘက်တွင်ပြထားသည်မှာ ယနေ့ခေတ်တွင် စီးပွားရေးအရ အအောင်မြင်ဆုံး pin structure ဖြစ်သည်။ ၎င်းသည် Ge ကြီးထွားသည့် P-type doped silicon ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ Ge နှင့် Si တွင် 4% lattice mismatch ရှိပြီး dislocation ကို အနည်းဆုံးဖြစ်စေရန်အတွက် SiGe အလွှာပါးကို buffer layer အဖြစ် ဦးစွာကြီးထွားစေသည်။ N-type doping ကို Ge အလွှာ၏ထိပ်တွင် ပြုလုပ်သည်။ metal-semiconductor-metal (MSM) photodiode ကို အလယ်တွင်ပြသထားပြီး APD (နှင်းလျှောစီး ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ) ကို ညာဘက်တွင် ပြသထားသည်။ APD ရှိ avalanche ဒေသသည် Si တွင်တည်ရှိပြီး Group III-V ဒြပ်စင်ပစ္စည်းများရှိ avalanche ဒေသနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ဆူညံသံ ဝိသေသလက္ခဏာများ နည်းပါးသည်။

လက်ရှိတွင်၊ optical gain ကို silicon photonics နှင့် ပေါင်းစပ်ရာတွင် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များရှိသော ဖြေရှင်းနည်းများ မရှိပါ။ ရုပ်ပုံ ၁၁ တွင် assembly level အလိုက် စီစဉ်ပေးထားသော ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော ရွေးချယ်စရာများစွာကို ပြသထားသည်။ ဘယ်ဘက်အစွန်ဆုံးတွင် epitaxially grown germanium (Ge) ကို optical gain ပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုခြင်း၊ erbium-doped (Er) glass waveguides (ဥပမာ Al2O3 ကဲ့သို့ optical pumping လိုအပ်သည်) နှင့် epitaxially grown gallium arsenide (GaAs) quantum dots များ ပါဝင်သော monolithic integrations များ ပါဝင်သည်။ နောက်ကော်လံမှာ III-V group gain region တွင် oxide နှင့် organic bonding ပါဝင်သော wafer to wafer assembly ဖြစ်သည်။ နောက်ကော်လံမှာ chip-to-wafer assembly ဖြစ်ပြီး၊ III-V group chip ကို silicon wafer ၏ cavity ထဲသို့ ထည့်သွင်းပြီးနောက် waveguide structure ကို machining လုပ်ခြင်း ပါဝင်သည်။ ဤပထမ three column approach ၏ အားသာချက်မှာ device ကို ဖြတ်တောက်ခြင်းမပြုမီ wafer အတွင်းရှိ အပြည့်အဝ လုပ်ဆောင်နိုင်မှုကို စမ်းသပ်နိုင်ခြင်း ဖြစ်သည်။ ညာဘက်အစွန်ဆုံးကော်လံမှာ chip-to-chip assembly ဖြစ်ပြီး silicon chips များကို III-V group chips များနှင့် တိုက်ရိုက်ချိတ်ဆက်ခြင်းအပြင် lens နှင့် grating couplers များမှတစ်ဆင့် ချိတ်ဆက်ခြင်း ပါဝင်သည်။ စီးပွားဖြစ်အသုံးချမှုများဆီသို့ ဦးတည်သော ခေတ်ရေစီးကြောင်းသည် ဇယား၏ ညာဘက်မှ ဘယ်ဘက်သို့ ပိုမိုပေါင်းစပ်ပြီး ပေါင်းစပ်ထားသော ဖြေရှင်းချက်များဆီသို့ ဦးတည်နေပါသည်။

ပုံ ၁၁: optical gain ကို silicon-based photonics ထဲသို့ မည်သို့ပေါင်းစပ်ထားသည်။ ဘယ်ဘက်မှ ညာဘက်သို့ ရွှေ့သည်နှင့်အမျှ၊ ထုတ်လုပ်မှုထည့်သွင်းသည့်အမှတ်သည် လုပ်ငန်းစဉ်တွင် တဖြည်းဖြည်း နောက်သို့ ရွေ့လျားသည်။