Войти
A фотонная интегральная схема (PIC ) или интегрально-оптическая схема устройство, которое объединяет несколько (по крайней мере, две) фотонных функций и как таковое аналогично электронной интегральной схеме. Основное различие между ними заключается в том, что фотонная интегральная схема обеспечивает функции для информационных сигналов, накладываемых на оптические длины волн, обычно в видимом спектре или близком к инфракрасному 850 нм- 1650 нм.
Наиболее коммерчески используемой материальной платформой для фотонных интегральных схем является фосфид индия (InP), который позволяет интегрировать различные оптически активные и пассивные функции на одном кристалле. Первоначальными примерами фотонных интегральных схем были простые 2-х секционные лазеры с распределенным брэгговским отражателем (DBR), состоящие из двух независимо управляемых секций устройства - секции усиления и секции зеркала DBR. Следовательно, все современные монолитные перестраиваемые лазеры, широко настраиваемые лазеры, лазеры с внешней модуляцией и передатчики, интегрированные приемники и т. Д. Являются примерами фотонных интегральных схем. По состоянию на 2012 год устройства объединяют сотни функций на одном чипе. Новаторская работа в этой области была проведена в Bell Laboratories. Наиболее известными академическими центрами передового опыта в области фотонных интегральных схем в InP являются Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, США, и Технологический университет Эйндховена в Нидерландах.
Разработка 2005 года показала, что кремний, даже несмотря на то, что он является непрямым запрещенным материалом, все же может использоваться для генерации лазерного света за счет рамановской нелинейности. Такие лазеры не имеют электрического привода, а имеют оптический привод, и поэтому по-прежнему требуются дополнительный лазерный источник с оптической накачкой.
В отличие от электронной интеграции, где кремний является доминирующим материалом, системные фотонные интегральные схемы были изготовлены из различных материальных систем, включая электрооптические кристаллы, такие как ниобат лития, кремнезем на кремнии, кремний на изоляторе, различные полимеры и полупроводниковые материалы, которые используются для изготовления полупроводниковых лазеров, таких как GaAs и ИнП. Используются разные системы материалов, поскольку каждая из них обеспечивает различные преимущества и ограничения в зависимости от функции, которую необходимо интегрировать. Например, микросхемы на основе диоксида кремния (диоксида кремния) обладают очень желательными свойствами для пассивных фотонных схем, таких как AWG (см. Ниже) из-за их сравнительно низких потерь и низкой термочувствительности, микросхемы на основе GaAs или InP позволяют напрямую интегрировать источники света и кремний. Микросхемы PIC обеспечивают совместную интеграцию фотоники с электроникой на основе транзисторов.
Методы изготовления аналогичны тем, которые используются в электронных интегральных схемах, в которых фотолитография используется для создания рисунка на пластинах для травления и осаждения материала.. В отличие от электроники, в которой основным устройством является транзистор, здесь нет одного доминирующего устройства. Диапазон устройств, требуемых на микросхеме, включает межсоединения с низкими потерями , волноводы, делители мощности, оптические усилители, оптические модуляторы, фильтры, лазеры и детекторы. Для этих устройств требуется множество различных материалов и технологий изготовления, что затрудняет их реализацию на одном кристалле.
Новые методы, использующие резонансную фотонную интерферометрию, уступают место использованию УФ-светодиодов для оптических вычислений с гораздо более дешевыми затратами, что приводит к появлению бытовой электроники в петагерцах PHz.
Основное применение фотонных интегральных схем находится в области оптоволоконной связи, хотя применения в других областях, таких как биомедицина и фотонные вычисления также возможны.
матричная волноводная решетка (AWG), которая обычно используется в качестве оптических (де) мультиплексоров в мультиплексировании по длине волны (WDM) волоконно-оптической связи системы являются примером фотонной интегральной схемы, которая заменила предыдущие схемы мультиплексирования, в которых использовалось несколько дискретных фильтрующих элементов. Поскольку разделение оптических мод необходимо для квантовых вычислений, эта технология может быть полезна для миниатюризации квантовых компьютеров (см. линейные оптические квантовые вычисления ).
Еще одним примером фотонного интегрированного чипа, широко используемого сегодня в волоконно-оптических системах связи, является лазер с внешней модуляцией (EML), который объединяет лазерный диод с распределенной обратной связью с модулятором электропоглощения на единственной микросхеме на основе InP.
Фотонная интеграция в настоящее время является активной темой в контрактах на оборону США. Он включен Форумом оптического межсетевого взаимодействия для включения в стандарты оптических сетей 100 гигагерц.
