كرېمنىي فوتونىك ئاكتىپ ئېلېمېنتى

كرېمنىي فوتونىك ئاكتىپ ئېلېمېنتى

فوتونىك ئاكتىپ تەركىبلىرى، بولۇپمۇ نۇر بىلەن ماددا ئوتتۇرىسىدىكى قەستەن لايىھەلەنگەن دىنامىك ئۆز-ئارا تەسىرنى كۆرسىتىدۇ. فوتونىكنىڭ ئادەتتىكى ئاكتىپ تەركىبلىرىنىڭ بىرى ئوپتىكىلىق مودۇلياتور. ھازىرقى بارلىق كرېمنىي ئاساس قىلىنغانئوپتىكىلىق مودۇلياتورلارپلازما ئەركىن توشۇغۇچى ئېففېكتىغا ئاساسلانغان. كرېمنىي ماتېرىيالىدىكى ئەركىن ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەرنىڭ سانىنى قوشۇش، ئېلېكتر ياكى ئوپتىكىلىق ئۇسۇللار ئارقىلىق ئۆزگەرتىش ئۇنىڭ مۇرەككەپ سىنىش كۆرسەتكۈچىنى ئۆزگەرتەلەيدۇ، بۇ جەريان سورېف ۋە بېننېتنىڭ سانلىق مەلۇماتلىرىنى 1550 نانومېتىر دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدا ماسلاشتۇرۇش ئارقىلىق ئېرىشكەن (1،2) تەڭلىمىلەردە كۆرسىتىلدى. ئېلېكترونلار بىلەن سېلىشتۇرغاندا، تۆشۈكلەر ھەقىقىي ۋە خىيالىي سىنىش كۆرسەتكۈچى ئۆزگىرىشلىرىنىڭ چوڭراق نىسبىتىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، يەنى ئۇلار بېرىلگەن يوقىتىش ئۆزگىرىشى ئۈچۈن چوڭراق باسقۇچ ئۆزگىرىشىنى پەيدا قىلالايدۇ، شۇڭاماچ-زېھنېر مودۇلياتورلىرىۋە ھالقىسىمان مودۇلياتورلاردا، ئادەتتە تۆشۈكلەرنى ئىشلىتىپ ياساش ئەۋزەلباسقۇچ مودۇلياتورلىرى.

ھەر خىلكرېمنىي (Si) مودۇلياتورىتۈرلىرى 10A-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. توشۇغۇچى ئوكسىد مودۇلياتورىدا، نۇر ئىنتايىن كەڭ پىن تۇتاشتۇرۇش ئېغىزى ئىچىدە ئۆز ئىچىگە ئالغان كرېمنىيدا بولىدۇ، ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەر ئوكسىدلىنىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، بۇنداق مودۇلياتورلار ئاستا بولۇپ، ئادەتتە 500 MHz بەلۋاغ كەڭلىكىدە بولىدۇ، چۈنكى ئەركىن ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەر ئوكسىدلانغاندىن كېيىن قايتا بىرىكمىگە ئۇزۇنراق ۋاقىت كېتىدۇ. شۇڭلاشقا، بۇ قۇرۇلما كۆپىنچە مودۇلياتور ئەمەس، بەلكى ئۆزگىرىشچان ئوپتىكىلىق ئاجىزلاشتۇرغۇچ (VOA) سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ. توشۇغۇچىنىڭ ئازىيىش مودۇلياتورىدا، نۇر قىسمى تار pn تۇتاشتۇرۇش ئېغىزىغا جايلاشقان بولۇپ، pn تۇتاشتۇرۇش ئېغىزىنىڭ ئازىيىش كەڭلىكى قوللىنىلغان ئېلېكتر مەيدانى تەرىپىدىن ئۆزگەرتىلىدۇ. بۇ مودۇلياتور 50Gb/s دىن يۇقىرى سۈرئەت بىلەن ئىشلىيەلەيدۇ، ئەمما ئارقا كۆرۈنۈش كىرگۈزۈش زىيىنى يۇقىرى. ئادەتتىكى vpil 2 V-cm. مېتال ئوكسىد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ (MOS) (ئەمەلىيەتتە يېرىم ئۆتكۈزگۈچ-ئوكسىد-يېرىم ئۆتكۈزگۈچ) مودۇلياتورى pn تۇتاشتۇرۇش ئېغىزىدا نېپىز ئوكسىد قەۋىتىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئۇ توشۇغۇچىنىڭ توپلىنىشىغا ۋە توشۇغۇچىنىڭ ئازىيىشىغا يول قويىدۇ، بۇنىڭ بىلەن تەخمىنەن 0.2 V-cm كىچىك VπL بولىدۇ، ئەمما ئوپتىكىلىق يوقىتىشنىڭ يۇقىرى بولۇشى ۋە بىرلىك ئۇزۇنلۇقتىكى سىغىمىنىڭ يۇقىرى بولۇشى قاتارلىق كەمچىلىكلەرگە ئىگە. بۇنىڭدىن باشقا، SiGe (كرېمنىي گېرمانىي قېتىشمىسى) لېنتا گىرۋىكىنىڭ يۆتكىلىشىگە ئاساسلانغان SiGe ئېلېكتر سۈمۈرۈش مودۇلياتورلىرى بار. بۇنىڭدىن باشقا، سۈمۈرۈلۈش مېتاللىرى بىلەن شەفاف ئىزولياتورلار ئارىسىدا ئالماشتۇرۇش ئۈچۈن گرافېنغا تايىنىدىغان گرافېن مودۇلياتورلىرىمۇ بار. بۇلار يۇقىرى سۈرئەتلىك، تۆۋەن زىيانلىق ئوپتىكىلىق سىگنال مودۇلياتسىيىسىگە ئېرىشىش ئۈچۈن ھەر خىل مېخانىزملارنىڭ قوللىنىلىش دائىرىسىنىڭ كۆپ خىللىقىنى نامايان قىلىدۇ.

10-رەسىم: (A) كرېمنىي ئاساسلىق ئوپتىكىلىق مودۇلياتور لايىھەلىرىنىڭ كېسىشمە دىئاگراممىسى ۋە (B) ئوپتىكىلىق دېتېكتور لايىھەلىرىنىڭ كېسىشمە دىئاگراممىسى.

10B-رەسىمدە كرېمنىي ئاساسلىق بىر قانچە نۇر دېتېكتورى كۆرسىتىلگەن. سۈمۈرگۈچ ماتېرىيال گېرمانىي (Ge). Ge تەخمىنەن 1.6 مىكرونغىچە بولغان دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدىكى نۇرنى سۈمۈرەلەيدۇ. سول تەرەپتىكىسى بۈگۈنكى كۈندە ئەڭ مۇۋەپپەقىيەت قازانغان مىخ قۇرۇلمىسى. ئۇ P تىپلىق قوشۇلغان كرېمنىيدىن تەركىب تاپقان بولۇپ، Ge ئۆسىدۇ. Ge ۋە Si نىڭ تور ماس كەلمەسلىكى %4 بولۇپ، چىقىشنى ئەڭ تۆۋەن چەككە چۈشۈرۈش ئۈچۈن، ئالدى بىلەن SiGe نىڭ نېپىز قەۋىتى بۇففېر قەۋىتى سۈپىتىدە ئۆستۈرۈلىدۇ. Ge قەۋىتىنىڭ ئۈستى تەرىپىدە N تىپلىق قوشۇلغان. ئوتتۇرىدا مېتال-يېرىم ئۆتكۈزگۈچ-مېتال (MSM) فوتودىئود، APD (قار كۆچۈش فوتودېتېكتورى) ئوڭ تەرەپتە كۆرسىتىلدى. APD دىكى قار كۆچۈش رايونى Si دا بولۇپ، III-V گۇرۇپپىدىكى ئېلېمېنت ماتېرىياللىرىدىكى قار كۆچۈش رايونىغا سېلىشتۇرغاندا شاۋقۇن خاراكتېرى تۆۋەنرەك.

ھازىر، ئوپتىكىلىق كۈچەيتىشنى كرېمنىي فوتونىكىسى بىلەن بىرلەشتۈرۈشتە روشەن ئەۋزەللىككە ئىگە ھەل قىلىش چارىلىرى يوق. 11-رەسىمدە يىغىش دەرىجىسى بويىچە تەشكىللەنگەن بىر قانچە مۇمكىن بولغان تاللاشلار كۆرسىتىلگەن. ئەڭ سول تەرەپتە ئېپىتاكسىيەلىك ئۆستۈرۈلگەن گېرمانىي (Ge) نى ئوپتىكىلىق كۈچەيتىش ماتېرىيالى سۈپىتىدە ئىشلىتىش، ئېربىي قوشۇلغان (Er) ئەينەك دولقۇن يېتەكلىگۈچلىرى (مەسىلەن، ئوپتىكىلىق پومپىلاشنى تەلەپ قىلىدىغان Al2O3) ۋە ئېپىتاكسىيەلىك ئۆستۈرۈلگەن گاللىي ئارسېنىد (GaAs) كۋانت نۇقتىلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالغان مونولىت بىرلەشتۈرۈشلەر بار. كېيىنكى ئىستون III-V گۇرۇپپا كۈچەيتىش رايونىدا ئوكسىد ۋە ئورگانىك باغلىنىشنى ئۆز ئىچىگە ئالغان ۋافېردىن ۋافېرغا يىغىش. كېيىنكى ئىستون چىپتىن ۋافېرغا يىغىش بولۇپ، III-V گۇرۇپپا چىپىنى كرېمنىي ۋافېرنىڭ بوشلۇقىغا كىرگۈزۈشنى ۋە ئاندىن دولقۇن يېتەكلىگۈچ قۇرۇلمىسىنى پىششىقلاشنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. بۇ دەسلەپكى ئۈچ ئىستون ئۇسۇلىنىڭ ئەۋزەللىكى شۇكى، ئۈسكۈنىنى كېسىشتىن بۇرۇن ۋافېرنىڭ ئىچىدە تولۇق ئىقتىدار سىنىقى قىلغىلى بولىدۇ. ئەڭ ئوڭ تەرەپتىكى ئىستون چىپتىن چىپقا يىغىش بولۇپ، كرېمنىي چىپلىرىنى III-V گۇرۇپپا چىپلىرىغا بىۋاسىتە ئۇلاش، شۇنداقلا لىنزا ۋە تور ئۇلىغۇچ ئارقىلىق ئۇلاشنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. سودا قوللىنىشچان پروگراممىلىرىغا يۈزلىنىش جەدۋەلنىڭ ئوڭ تەرىپىدىن سول تەرىپىگە تېخىمۇ بىر گەۋدىلەشكەن ۋە بىر گەۋدىلەشكەن ھەل قىلىش چارىلىرىگە قاراپ يۈزلىنىۋاتىدۇ.

11-رەسىم: ئوپتىكىلىق كۈچەيتىش كرېمنىي ئاساسلىق فوتونىكقا قانداق بىرلەشتۈرۈلىدۇ. سولدىن ئوڭغا يۆتكىلىۋاتقاندا، ئىشلەپچىقىرىش كىرگۈزۈش نۇقتىسى جەرياندا ئاستا-ئاستا ئارقىغا يۆتكىلىدۇ.