Fotoninen integroitu piiri

Fotoninen integroitu piiri ( FIS ; englanniksi  fotoninen integroitu piiri , PIC ) tai optinen integroitu piiri ( OIS ; englanniksi  optinen integroitu piiri , OIC ) on monikomponenttinen fotonilaite, joka on valmistettu tasaiselle alustalle ja joka suorittaa erilliset optisen signaalinkäsittelytoiminnot. Niitä käytetään erityisesti viritettäviin lasereihin, optisten signaalien modulointiin, vahvistamiseen, suodattamiseen ja multipleksointiin, optisten signaalien muuntamiseen sähköisiksi [1] .

Integroitu fotoninen piiri sisältää useita optisesti yhdistettyjä komponentteja, jotka on valmistettu yhdelle substraatille ja jotka yhdessä suorittavat erilaisia ​​optisia signaalinkäsittelytoimintoja (yleensä näkyvällä tai lähellä infrapuna-aallonpituuksia). FIS:illä odotetaan olevan ratkaiseva rooli optisen viestinnän kehittämisessä.

Monolithic FIS

Laitteita, joiden kaikki komponentit on valmistettu lisäämällä epäpuhtauksia tai strukturoimalla alustamateriaalia, kutsutaan monoliittiseksi FIS:ksi. Monoliittisen FIS:n substraattimateriaalina käytetään yleensä GaA :ta tai InP :tä , joita kutsutaan III–V-yhdisteiksi, koska ne koostuvat Mendelejevin jaksollisen taulukon sarakkeissa III ja V sijaitsevista alkuaineista. III–V-yhdisteistä substraateille valmistetuissa laitteissa seostusaineita käytetään säätämään aktiivisten laitteiden – lasereiden ja vahvistimien – kaistaväliä ja siten myös toimintaaallonpituutta .

Ei-monoliittinen FIS

FIS, jotka eivät ole monoliittisia, kutsutaan hybridiksi. Ne valmistetaan yleensä litiumniobaatti-, pii-, lasisubstraatille, harvemmin polymeerisubstraatille. Litiumniobaattia käytetään substraattina sen korkean sähköoptisen kertoimen vuoksi. Pii  on erittäin lupaava materiaali FSI:iden luomiseen, koska se mahdollistaa elektronisiin integroituihin piireihin kehitettyjen teknologioiden käytön ja mikä ehkä tärkeintä, se mahdollistaa fotonisten ja elektronisten integroitujen piirien yhdistämisen. Lasilla tai pleksilasilla (polymetyylimetakrylaatti) on alhaiset kustannukset ja niitä käytetään laajalti; lisäksi useiden harvinaisten maametallien elementeillä seostettujen lasien perusteella on mahdollista valmistaa lasereita ja optisia vahvistimia. Tällaisista materiaaleista ei kuitenkaan yleensä ole mahdollista valmistaa monoliittisia laitteita, koska jotkin toiminnalliset laitteet (esim. puolijohdelaserit ) on helpompi liimata kuin integroida substraattimateriaaliin.

Tuotanto ja sovellus

FIC-tuotantotekniikka on samanlainen kuin elektronisten IC:ien valmistuksessa käytetty tekniikka, jossa fotolitografiaa käytetään substraatin merkitsemiseen syövytyksen ja tarvittavien materiaalien levittämiseksi.

Optisia integroituja piirejä käytetään jo nykyään laajalti, ja niiden keskeisiä käyttöalueita ovat optiset verkot ja viestintäjärjestelmät sekä sähkömagneettisia pulsseja kestävät laitteet.

Uudelleenkonfiguroitavat tulo-/lähtömultiplekserit optisia viestintäjärjestelmiä varten ovat esimerkki integroiduista fotonisista piireistä, jotka ovat korvanneet erillispohjaiset multiplekserit. Toinen esimerkki optisissa viestintäjärjestelmissä laajalti käytetystä FIS:stä on optinen lähetin, jossa sen pääkomponentit on yhdistetty yhdelle sirulle: puolijohdelaser , jossa on hajautettu takaisinkytkentä , sähköoptinen modulaattori ja puolijohdevahvistin.

FIS:n käyttö mahdollistaa kompaktimpien ja suhteellisen korkean suorituskyvyn optisten järjestelmien valmistamisen (verrattuna erillisiin optisiin komponentteihin perustuviin järjestelmiin) sekä mahdollistaa niiden integroinnin elektronisiin piireihin monitoimisten optoelektronisten järjestelmien ja laitteiden pienentämiseksi.


Kirjallisuus

Muistiinpanot

  1. Fotoninen integroitu piiritekniikka . Haettu 15. marraskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 30. lokakuuta 2020.

Linkit