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          • 硅基光子集成的成长及其相干技巧简述

            作者:矮冬瓜 来源:长春理工威尼斯国际娱乐网站丈量 时光:2018-04-19 19:47 浏览:3459 [投稿]
            光子集成(photonic integrated circuits,PIC) 是指将多个光器件集成在一路的技巧,相对今朝广泛采取的分立元器件,在尺寸、能耗、本钱、靠得住性等方面具有巨大年夜优势,是将来光器件的主流成长偏向。

            随着现代社会信息化的成长,对通信带宽的需求日益增长,而在之前的半个多世纪里, 电互连在信息行业的成长起着相当重要的感化, 但随着晶体管特点尺寸的赓续减小, 使电互连面对着旌旗灯号延迟大年夜、传输带宽小、功耗大年夜、旌旗灯号串扰大年夜、加工艰苦、本钱高等局限, 集成度进步的速度减慢乃至趋于停止。光通信技巧迎来了史无前例的成长机会。光通信技巧在长距离通信范畴有绝对优势,但用户端光通信器件不普及,是以进步器件集成度,降低本钱成为关键。光器件是光通信体系的基本与核心,最可以或许代表一个国度在光通信技巧范畴的水平和才能。光子集成(photonic integrated circuits,PIC) 是指将多个光器件集成在一路的技巧,相对今朝广泛采取的分立元器件,在尺寸、能耗、本钱、靠得住性等方面具有巨大年夜优势,是将来光器件的主流成长偏向。

            最近几年来,随着技巧的逐渐积聚和家当需求的旺盛,光子集成技巧迅猛成长, 个中硅基光集成技巧脱颖而出,硅材料在电子集成电路中利用广泛,本钱低廉、性能稳定、工艺成熟,合适范围化临盆。在PIC 范畴,由于硅是间隙能带材料,禁带宽度较大年夜,发光效力和光电效应很弱,今朝重要利用于无源器件,基于硅材料的探测器、调制器等有源器件近几年也取得了必定冲破。

            一、光子集成

            光子集成(Photonic Integrated Circuits简称:PIC)也叫光子集成电路。以介质波导为中间集成光器件的光波导型集成回路,行将若干光器件集成在一片基片上,构成一个整体,器件之间以半导体光波导连接,使其具有某些功能的光路。如集成外腔单稳频激光器,光子开关阵列,光外差接收机和光发射机等。

            现有PIC所采取的基底材料重要包含磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)、铌酸锂(LiNbO3)、硅和二氧化硅。对GaAs 衬底,其重要合适于发展光通信短波长(850 nm)波段器件和一些高速电子元器件;对InP 衬底,则异常合适于制备通信用长波长(1310 nm,1550 nm)波段器件;而Si 衬底,在微电子器件方面已成长得相当作熟。

            1.1光子集成的分类及比较

             根据集成的元器件数量,光子集成可分为小范围PIC、中等范围PIC 和大年夜范围PIC, 平日指单片集成的功能元器件数量在10 个之内、10~50 个和逾越50 个。大年夜范围PIC是将来主流的成长偏向。

            光器件平分为有源光器件和无源光器件。无源器件用来进行光旌旗灯号的传输,或经过过程偏向性进行“旌旗灯号放大年夜”,有源器件一般用于发射、接收、放大年夜、变换光旌旗灯号等。今朝,无源PIC 一般采取硅作为材料,有源PIC 一般采取InP、GaAs 等化合物半导体为材料。根据集成的元器件是否是采取同种材料,PIC 可以分为混淆集成和单片集成。单片集成又可以分为有源PIC和无源PIC。

            1.单片集成:单片集成是经过雷同制造工艺,将不合元器件集成在同一衬底上的一体化技巧,实现起来有较大年夜技巧难度,但具有构造紧凑、尺寸小、功耗低、靠得住性强等优势,是PIC 的成长偏向。

            1)无源PIC:全部由无源元器件构成,例如波导、分波/合波器、光开关、可调光衰(VOA)等。无源PIC 技巧相对简单,今朝最常常使用的是平面波导(planar lightwave circuit,PLC)技巧,业界平日将PLC技巧同等为无源PIC 技巧。

            2)有源PIC:全部由有源元器件构成构成,例如有源元器件有LD、PIN 探测器、调制器、光放大年夜器等。今朝多采取InP、GaAs 等化合物半导体为衬底材料,经过过程金属有机物气相外延(MOCVD)或份子束外延技巧(MBE),结合刻蚀技巧来实现集成。

            2.混淆集成:集成器件中包含了有源、无源器件,该技巧须要在同一个衬底上制造无源、有源器件,是以该办法加倍复杂。,它的优势是可以或许实现无源光波导与有源器件之间较自由的结合。但是,不合元器件间须要周详的地位调剂与固定,加上不合伙料在威尼斯国际娱乐网站、机械和热特点等方面存在差别,都将加重封装的复杂性和本钱,并限制集陈范围。

            相对而言,今朝无源PIC 技巧更加成熟,商用化程度较高,本钱也相对更低,平日见到的AWG、基于PLC 的ROADM 都是无源PIC 技巧的产品。


            1.2光子集成成长及进展


            图1.光子集成成长过程

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