Fotonik entegre devre - Photonic integrated circuit

Bir fotonik entegre devre ( PIC ) ya da entegre optik devre gibi entegre eder çok sayıda (en az iki) fotonik fonksiyonları ve benzer bir cihaz elektronik entegre devre . İkisi arasındaki en büyük fark, bir fotonik entegre devrenin, tipik olarak görünür spektrumda veya yakın kızılötesi 850 nm-1650 nm'de optik dalga boylarına dayatılan bilgi sinyalleri için işlevler sağlamasıdır .

Fotonik entegre devreler için ticari olarak en çok kullanılan malzeme platformu , aynı çip üzerinde çeşitli optik olarak aktif ve pasif fonksiyonların entegrasyonuna izin veren indiyum fosfittir (InP). Fotonik entegre devrelerin ilk örnekleri, bağımsız olarak kontrol edilen iki cihaz bölümünden oluşan basit 2 bölümlü dağıtılmış Bragg reflektör (DBR) lazerleriydi - bir kazanç bölümü ve bir DBR ayna bölümü. Sonuç olarak, tüm modern monolitik ayarlanabilen lazerler, geniş ölçüde ayarlanabilen lazerler, harici olarak modüle edilmiş lazerler ve vericiler, entegre alıcılar, vb. fotonik entegre devrelerin örnekleridir. 2012 itibariyle, cihazlar yüzlerce işlevi tek bir çipe entegre ediyor. Bu alanda öncü çalışmalar Bell Laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. InP'deki fotonik entegre devrelerin en dikkate değer akademik mükemmeliyet merkezleri, Santa Barbara, ABD'deki California Üniversitesi ve Hollanda'daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'dir .

2005 yılındaki bir gelişme, silikonun dolaylı bir bant aralığı malzemesi olmasına rağmen , Raman doğrusalsızlığı yoluyla lazer ışığı üretmek için hala kullanılabileceğini gösterdi . Bu tür lazerler elektrikle değil, optik olarak sürülür ve bu nedenle yine de başka bir optik pompa lazer kaynağı gerektirir.

Elektronik entegrasyonla karşılaştırma

Silisyumun baskın malzeme olduğu elektronik entegrasyonun aksine , sistem fotonik entegre devreleri, lityum niyobat , silikon üzerinde silika , yalıtkan üzerinde silikon, kullanılan çeşitli polimerler ve yarı iletken malzemeler gibi elektro-optik kristaller dahil olmak üzere çeşitli malzeme sistemlerinden üretilmiştir. GaAs ve InP gibi yarı iletken lazerler yapmak . Farklı malzeme sistemleri kullanılır, çünkü bunların her biri, entegre edilecek işleve bağlı olarak farklı avantajlar ve sınırlamalar sağlar. Örneğin, silika (silikon dioksit) bazlı PIC'ler, nispeten düşük kayıpları ve düşük termal hassasiyetleri nedeniyle AWG'ler (aşağıya bakınız) gibi pasif fotonik devreler için çok arzu edilen özelliklere sahiptir, GaAs veya InP tabanlı PIC'ler, ışık kaynaklarının ve Silikonun doğrudan entegrasyonuna izin verir. PIC'ler, fotoniklerin transistör tabanlı elektroniklerle birlikte entegrasyonunu sağlar.

Üretim teknikleri, aşındırma ve malzeme biriktirme için gofretleri modellemek için fotolitografinin kullanıldığı elektronik entegre devrelerde kullanılanlara benzer . Birincil aygıtın transistör olduğu elektronikten farklı olarak , tek bir baskın aygıt yoktur. Bir çip üzerinde gereken cihaz yelpazesi, düşük kayıplı ara bağlantı dalga kılavuzları , güç bölücüler, optik yükselticiler , optik modülatörler , filtreler, lazerler ve dedektörleri içerir. Bu cihazlar, hepsini tek bir çip üzerinde gerçekleştirmeyi zorlaştıran çeşitli farklı malzemeler ve imalat teknikleri gerektirir.

Rezonans fotonik enterferometre ile daha yeni teknikler, UV LED'ler için yol yapıyor petahertz yol açan çok daha ucuz maliyetlerle optik bilgi işlem gereksinimleri için kullanılacak PHZ tüketici elektroniği.

Fotonik entegre devre örnekleri

Fotonik entegre devreler için birincil uygulama , biyomedikal ve fotonik hesaplama gibi diğer alanlardaki uygulamalar da mümkün olsa da , fiber optik iletişim alanındadır .

Dizilmiş dalga kılavuzu ızgarasının yaygın optik (de) multiplexer olarak kullanılır (AWG) çoklanmış dalga boyu bölme (WDM) fiber optik iletişim sistemleri birden çok ayrı filtre elemanlarının kullanıldığı önceki çoğullama düzenleri yerini bir fotonik entegre devresinin bir örneğidir. Optik modları ayırmak kuantum hesaplama için bir ihtiyaç olduğundan , bu teknoloji kuantum bilgisayarların minyatürleştirilmesine yardımcı olabilir (bkz. doğrusal optik kuantum hesaplama ).

Günümüzde fiber optik iletişim sistemlerinde yaygın olarak kullanılan bir fotonik entegre çipin bir başka örneği, tek bir InP tabanlı çip üzerinde bir dağıtılmış geri besleme lazer diyotu ile bir elektro-absorpsiyon modülatörünü birleştiren harici modülasyonlu lazerdir (EML) .

Şu anki durum

Fotonik entegrasyon şu anda ABD Savunma sözleşmelerinde aktif bir konudur. 100 gigahertz optik ağ standartlarına dahil edilmek üzere Optik Ağlar arası Çalışma Forumu tarafından dahil edilmiştir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar