ဆီလီကွန်ဖိုနစ် တက်ကြွသောဒြပ်စင်

ဆီလီကွန်ဖိုနစ် တက်ကြွသောဒြပ်စင်

Photonics တက်ကြွသော အစိတ်အပိုင်းများသည် အလင်းနှင့် အရာဝတ္ထုများကြားတွင် ရည်ရွယ်ချက်ရှိရှိ တက်ကြွသော အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုများကို ရည်ညွှန်းပါသည်။ photonics ၏ပုံမှန်တက်ကြွသောအစိတ်အပိုင်းသည် optical modulator တစ်ခုဖြစ်သည်။ လက်ရှိ ဆီလီကွန်အခြေခံoptical modulators များplasma free carrier effect ကို အခြေခံထားသည်။ မူးယစ်ဆေးဝါး၊ လျှပ်စစ် သို့မဟုတ် အလင်းပြန်မှုနည်းလမ်းများဖြင့် ဆီလီကွန်ပစ္စည်းတစ်ခုရှိ အခမဲ့အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်အရေအတွက်ကို ပြောင်းလဲခြင်းသည် ၎င်း၏ရှုပ်ထွေးသောအလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်းကို ပြောင်းလဲနိုင်သည်၊ ညီမျှခြင်း (1,2) တွင်ပြသထားသည့် Soref နှင့် Bennett မှ လှိုင်းအလျား 1550 nanometers ရှိသော လှိုင်းအလျားတွင် 1550 nanometers ဒေတာဖြင့်ရရှိသော ညီမျှခြင်း (1,2) ကိုပြောင်းလဲနိုင်သည်။ အီလက်ထရွန်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက အပေါက်များသည် အစစ်အမှန်နှင့် စိတ်ကူးယဉ် အလင်းယိုင်အညွှန်းကိန်း ပြောင်းလဲမှု၏ အချိုးအစား ပိုမိုကြီးမားစေသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ ၎င်းတို့သည် ပေးထားသော ဆုံးရှုံးမှုပြောင်းလဲမှုအတွက် ကြီးမားသော အဆင့်ပြောင်းလဲမှုကို ထုတ်ပေးနိုင်သည်၊ ထို့ကြောင့်၊Mach-Zehnder မော်ဂျူးများနှင့် ring modulators များကို ပြုလုပ်ရန် အပေါက်များကို အသုံးပြုရန် အများအားဖြင့် နှစ်သက်ကြသည်။အဆင့် modulators.

အမျိုးမျိုးဆီလီကွန် (Si) modulatorအမျိုးအစားများကို ပုံ 10A တွင် ပြထားသည်။ သယ်ဆောင်ဆေးထိုးခြင်း ပြုပြင်ထိန်းညှိကိရိယာတွင်၊ အလင်းသည် အလွန်ကျယ်ပြန့်သော pin လမ်းဆုံအတွင်း ပင်ကိုယ်ဆီလီကွန်တွင် တည်ရှိပြီး အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များကို ထိုးသွင်းပါသည်။ သို့ရာတွင်၊ အခမဲ့အီလက်ထရွန်များနှင့် အပေါက်များသည် ဆေးထိုးပြီးနောက် ပြန်လည်ပေါင်းစည်းရန် အချိန်ပိုကြာသောကြောင့်၊ ထိုကဲ့သို့သော modulator များသည် ပုံမှန်အားဖြင့် 500 MHz bandwidth ရှိသော နှေးကွေးပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ဤဖွဲ့စည်းပုံကို modulator ထက် ပြောင်းလဲနိုင်သော optical attenuator (VOA) အဖြစ် မကြာခဏအသုံးပြုသည်။ carrier depletion modulator တွင်၊ အလင်းအပိုင်းသည် ကျဉ်းမြောင်းသော pn လမ်းဆုံတွင် တည်ရှိပြီး pn လမ်းဆုံ၏ ကုန်ဆုံးသွားသော အကျယ်ကို အသုံးချလျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖြင့် ပြောင်းလဲပါသည်။ ဤ modulator သည် 50Gb/s ထက် အမြန်နှုန်းဖြင့် လည်ပတ်နိုင်သော်လည်း မြင့်မားသော နောက်ခံထည့်သွင်းမှု ဆုံးရှုံးမှုရှိသည်။ ပုံမှန် vpil သည် 2 V-cm ဖြစ်သည်။ သတ္တုအောက်ဆိုဒ်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာ (MOS) (တကယ်တော့ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာ-အောက်ဆိုဒ်-တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာ) မော်ဂျူးစက်တွင် pn လမ်းဆုံတွင် ပါးလွှာသောအောက်ဆိုဒ်အလွှာပါရှိသည်။ ၎င်းသည် သေးငယ်သော VπL ၏ 0.2 V-cm ခန့်ကို ခွင့်ပြုပေးသည်၊ သို့သော် ပိုမိုကြီးမားသော optical losses နှင့် ယူနစ်တစ်ခုလျှင် capacitance ပိုများသော အားနည်းချက်ရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ SiGe (ဆီလီကွန်ဂျာနီယမ်အလွိုင်း) band edge လှုပ်ရှားမှုအပေါ်အခြေခံသည့် SiGe လျှပ်စစ်စုပ်ယူမှုမွမ်းမံမှုများရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ စုပ်ယူနိုင်သောသတ္တုများနှင့်ဖောက်ထွင်းမြင်ရသော insulator များကြားပြောင်းရန် graphene ကိုအားကိုးသည့် graphene modulators များရှိသည်။ ၎င်းတို့သည် မြန်နှုန်းမြင့်၊ ဆုံးရှုံးမှုနည်းသော optical signal modulation ကိုရရှိရန် မတူညီသော ယန္တရားများ၏ ကွဲပြားမှုကို သရုပ်ပြသည်။

ပုံ 10- (A) အမျိုးမျိုးသော ဆီလီကွန်အခြေခံသည့် အလင်းပြန်စနစ်ဆိုင်ရာ မော်ဂျူးဒီဇိုင်းများနှင့် (B) အလင်းရှာဖွေကိရိယာ ဒီဇိုင်းများ၏ အပိုင်းဖြတ်ပိုင်းပုံကားချပ်။

ပုံ 10B တွင် ဆီလီကွန်အခြေခံအလင်းရှာဖွေကိရိယာများစွာကို ပြသထားသည်။ စုပ်ယူနိုင်သောပစ္စည်းမှာ ဂျာမီယမ် (Ge) ဖြစ်သည်။ Ge သည် လှိုင်းအလျား 1.6 microns ခန့်အထိ အလင်းကို စုပ်ယူနိုင်သည်။ ဘယ်ဘက်တွင် ပြသထားသည်မှာ ယနေ့ခေတ် စီးပွားရေးအရ အအောင်မြင်ဆုံး ပင်ထိုးဖွဲ့စည်းပုံဖြစ်သည်။ Ge ကြီးထွားမှုတွင် P-type doped silicon ဖြင့်ဖွဲ့စည်းထားသည်။ Ge နှင့် Si သည် 4% ရာဇမတ်ကွက်မညီဘဲရှိပြီး dislocation ကိုလျှော့ချရန်အတွက် SiGe ၏ပါးလွှာသောအလွှာကို ကြားခံအလွှာအဖြစ် ဦးစွာစိုက်ပျိုးပါသည်။ N-type doping ကို Ge အလွှာ၏ထိပ်တွင်ပြုလုပ်သည်။ metal-semiconductor-metal (MSM) photodiode ကို အလယ်တွင် ပြသထားပြီး APD (နှင်းလျှောကျနေသော Photodetector) ညာဘက်မှာ ပြထားပါတယ်။ APD ရှိ နှင်းတောင်ဒေသသည် အုပ်စု III-V ဒြပ်ပစ္စည်းများရှိ နှင်းပြိုကျသည့်ဒေသနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ဆူညံသံလက္ခဏာများ နည်းပါးသော Si တွင် တည်ရှိသည်။

လက်ရှိတွင်၊ silicon photonics နှင့် optical gain ပေါင်းစပ်ရာတွင် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များဖြင့် ဖြေရှင်းချက်မရှိပါ။ ပုံ 11 သည် စည်းဝေးပွဲအဆင့်အလိုက် စုစည်းထားသော ဖြစ်နိုင်သည့် ရွေးချယ်စရာများစွာကို ပြထားသည်။ ဘယ်ဘက်အစွန်ဆုံးတွင် epitaxially စိုက်ပျိုးထားသော germanium (Ge) ကို optical gain material၊ erbium-doped (Er) glass waveguides ( optical pumping လိုအပ်သော Al2O3 ကဲ့သို့သော) နှင့် epitaxially စိုက်ပျိုးထားသော gallium arsenide (GaAs) quantum dots များပါ၀င်သည့် monolithic ပေါင်းစပ်မှုများ။ နောက်ကော်လံသည် III-V အုပ်စုအမြတ်ဒေသတွင် အောက်ဆိုဒ်နှင့် အော်ဂဲနစ်နှောင်ကြိုးများပါ၀င်သော wafer တပ်ဆင်ခြင်းသို့ wafer ဖြစ်သည် ။ နောက်ကော်လံသည် chip-to-wafer စည်းဝေးပွဲဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် III-V အုပ်စုချစ်ပ်ကို ဆီလီကွန် wafer ၏အပေါက်ထဲသို့ မြှုပ်နှံပြီး waveguide ဖွဲ့စည်းပုံကို ပြုပြင်ခြင်း ပါဝင်သည်။ ဤပထမကော်လံသုံးသွယ်၏ အားသာချက်မှာ ဖြတ်တောက်ခြင်းမပြုမီ wafer အတွင်းတွင် စက်ပစ္စည်းကို အပြည့်အဝလုပ်ဆောင်နိုင်စေရန် စမ်းသပ်နိုင်ခြင်းဖြစ်သည်။ ညာဘက်ဆုံးကော်လံသည် ဆီလီကွန်ချစ်ပ်များကို III-V အုပ်စုချစ်ပ်များနှင့် တိုက်ရိုက်ချိတ်ဆက်ခြင်း၊ မှန်ဘီလူးနှင့် ဆန်ခါတွဲများမှတစ်ဆင့် ချိတ်ဆက်ခြင်းအပါအဝင် ချစ်ပ်မှချစ်ပ်များ တပ်ဆင်ခြင်း ဖြစ်သည်။ ကူးသန်းရောင်းဝယ်ရေးအပလီကေးရှင်းများဆီသို့ လမ်းကြောင်းသစ်သည် ဇယား၏ညာဘက်မှ ဘယ်ဘက်ခြမ်းမှ ပိုမိုပေါင်းစပ်ပြီး ပေါင်းစပ်ဖြေရှင်းချက်ဆီသို့ ဦးတည်နေသည်။

ပုံ ၁၁။ ဘယ်မှညာသို့ ရွှေ့လိုက်သည်နှင့် ထုတ်လုပ်မှုထည့်သွင်းသည့်အချက်သည် လုပ်ငန်းစဉ်တွင် တဖြည်းဖြည်း ပြန်ရွေ့သွားပါသည်။