포토닉 집적 회로
Photonic integrated circuit포토닉 집적회로(PIC) 또는 집적광학회로는 복수의 (적어도 2개의) 포토닉 기능을 집적하는 장치이며, 전자 집적회로와 유사하다.두 가지 주요 차이점은 포토닉 집적회로는 가시 스펙트럼 또는 근적외선 850 nm-1650 nm에서 일반적으로 광파장에 인가되는 정보 신호에 대한 기능을 제공한다는 것입니다.
포토닉 집적회로에 가장 상업적으로 사용되는 재료 플랫폼은 인듐 인화물(InP)로, 다양한 광학 활성 및 수동 기능을 하나의 칩에 통합할 수 있습니다.포토닉 집적회로의 초기 예로는 게인 섹션과 DBR 미러 섹션이라는 두 개의 독립적으로 제어되는 디바이스 섹션으로 구성된 단순한 2섹션 분산형 브래그 리플렉터(DBR) 레이저가 있습니다.그 결과, 현대의 모든 모노리식 조정 가능 레이저, 광범위한 조정 가능 레이저, 외부 변조된 레이저 및 송신기, 집적 리시버 등이 포토닉 집적회로의 예이다.2012년 현재 디바이스는 수백 개의 기능을 하나의 [1]칩에 통합하고 있습니다.이 분야의 선구적 작업은 벨 연구소에서 수행되었습니다.InP에서 가장 주목할 만한 광집적회로 우수 학술 센터는 미국 산타 바바라의 캘리포니아 대학과 네덜란드의 에인트호벤 공과대학입니다.
2005년[2] 개발에 따르면 실리콘은 간접 밴드갭 재료임에도 불구하고 라만 비선형성을 통해 레이저 빛을 발생시키는 데 여전히 사용될 수 있습니다.이러한 레이저는 전기적으로 구동되는 것이 아니라 광학적으로 구동되기 때문에 추가적인 광학 펌프 레이저 소스가 필요합니다.
전자 통합과의 비교
실리콘이 지배적인 재료인 전자 집적회로와는 달리 시스템 광집적회로는 니오브산리튬, 실리콘의 실리콘, 절연체의 실리콘, 다양한 폴리머 및 반도체 재료와 같은 다양한 재료 시스템으로 제작되어 왔다.예를 들어 GaAs나 InP.서로 다른 재료 시스템이 사용되는 이유는 통합되는 기능에 따라 각기 다른 장점과 한계를 제공하기 때문입니다.예를 들어, 실리카(이산화규소) 기반 PIC는 상대적으로 낮은 손실과 낮은 열 감도로 인해 AWG(아래 참조)와 같은 패시브 광전자 회로에 대해 매우 바람직한 특성을 가지며, GaAs 또는 InP 기반 PIC는 광원의 직접 통합을 가능하게 하며 실리콘 PIC는 트랜지스터 기반 광원과 광전자 회로의 통합을 가능하게 한다.일렉트로닉스 [3]제품
제작 기법은 식각 및 재료 증착을 위해 웨이퍼를 패턴화하는 데 사용되는 전자 집적 회로에서 사용되는 기법과 유사합니다.1차 소자가 트랜지스터인 전자제품과 달리 지배적인 소자는 없습니다.칩에 필요한 디바이스의 범위에는 저손실 인터커넥트 도파관, 전력 스플리터, 광증폭기, 광변조기, 필터, 레이저 및 검출기가 포함됩니다.이 장치들은 다양한 재료와 제작 기술을 필요로 하기 때문에 하나의 칩으로 모든 것을 구현하기가 어렵습니다.
공명 광간섭계를 사용하는 새로운 기술은 훨씬 저렴한 비용으로 광컴퓨팅 요건에 UV LED를 사용할 수 있도록 길을 열어주고 있으며, 이는 페타헤르츠 PHz 가전제품으로 이어지고 있습니다.
포토닉 집적회로의 예
포토닉 집적회로의 주된 응용 분야는 광섬유 통신 분야이지만, 바이오메디컬이나[4] 포토닉 컴퓨팅등의 다른 분야에서도 응용이 가능합니다.
파장분할다중(WDM) 광섬유통신시스템에서 광(de)멀티플렉서로 일반적으로 사용되는 어레이 도파관 격자(AWG)는 복수의 이산 필터 소자를 이용한 이전의 멀티플렉싱 방식을 대체한 광집적 회로의 한 예입니다.광학 모드를 분리하는 것은 양자 컴퓨팅의 필요성 때문에 이 기술은 양자 컴퓨터를 소형화하는 데 도움이 될 수 있습니다(선형 광학 양자 컴퓨팅 참조).
오늘날 광섬유 통신 시스템에서 널리 사용되는 광섬유 통합 칩의 또 다른 예는 단일 InP 기반 칩 상의 분산 피드백 레이저 다이오드와 전기 흡수 변조기를[5] 결합한 외부 변조 레이저(EML)입니다.
현황
포토닉 통합은 현재 미국 국방 [6][7]계약에서 활발한 주제이다.100기가헤르츠 광네트워크 규격에 [8]포함시키기 위해 광인터넷 워킹 포럼에 포함되어 있습니다.
「 」를 참조해 주세요.
메모들
- ^ Larry Coldren; Scott Corzine; Milan Mashanovitch (2012). Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits (Second ed.). John Wiley and Sons. ISBN 9781118148181.
- ^ Rong, Haisheng; Jones, Richard; Liu, Ansheng; Cohen, Oded; Hak, Dani; Fang, Alexander; Paniccia, Mario (February 2005). "A continuous-wave Raman silicon laser" (PDF). Nature. 433 (7027): 725–728. Bibcode:2005Natur.433..725R. doi:10.1038/nature03346. PMID 15716948. S2CID 4429297. Archived from the original (PDF) on 2013-07-24.
- ^ Narasimha, Adithyaram; Analui, Behnam; Balmater, Erwin; Clark, Aaron; Gal, Thomas; Guckenberger, Drew; Gutierrez, Steve; Harrison, Mark; Ingram, Ryan; Koumans, Roger; Kucharski, Daniel; Leap, Kosal; Liang, Yi; Mekis, Attila; Mirsaidi, Sina; Peterson, Mark; Pham, Tan; Pinguet, Thierry; Rines, David; Sadagopan, Vikram; Sleboda, Thomas J.; Song, Dan; Wang, Yanxin; Welch, Brian; Witzens, Jeremy; Abdalla, Sherif; Gloeckner, Steffen; De Dobbelaere, Peter (2008). "A 40-Gb/s QSFP optoelectronic transceiver in a 0.13 µm CMOS silicon-on-insulator technology". Proceedings of the Optical Fiber Communication Conference (OFC): OMK7. doi:10.1109/OFC.2008.4528356. ISBN 978-1-55752-856-8. S2CID 43850036.
- ^ Rank, Elisabet A.; Sentosa, Ryan; Harper, Danielle J.; Salas, Matthias; Gaugutz, Anna; Seyringer, Dana; Nevlacsil, Stefan; Maese-Novo, Alejandro; Eggeling, Moritz; Muellner, Paul; Hainberger, Rainer; Sagmeister, Martin; Kraft, Jochen; Leitgeb, Rainer A.; Drexler, Wolfgang (5 January 2021). "Toward optical coherence tomography on a chip: in vivo three-dimensional human retinal imaging using photonic integrated circuit-based arrayed waveguide gratings". Light Sci Appl. 10 (6). doi:10.1038/s41377-020-00450-0. PMC 7785745.
- ^ 레이저 물리 및 기술 백과사전 - 전기 흡수 변조기, 전기 흡수 변조기 변조기
- ^ "Silicon-based Photonic Analog Signal Processing Engines with Reconfigurability (Si-PhASER) - Federal Business Opportunities: Opportunities". Fbo.gov. Archived from the original on May 6, 2009. Retrieved 2013-12-21.
- ^ "Centers in Integrated Photonics Engineering Research (CIPhER) - Federal Business Opportunities: Opportunities". Fbo.gov. Archived from the original on May 6, 2009. Retrieved 2013-12-21.
- ^ CEI-28G: 100기가비트 실현
레퍼런스
- Larry Coldren; Scott Corzine; Milan Mashanovitch (2012). Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits (Second ed.). John Wiley and Sons. ISBN 9781118148181.
- McAulay, Alastair D. (1999). Optical Computer Architectures: The Application of Optical Concepts to Next Generation Computers.
- Guha, A.; Ramnarayan, R.; Derstine, M. (1987). "Architectural issues in designing symbolic processors in optics". Proceedings of the 14th annual international symposium on Computer architecture - ISCA '87. p. 145. doi:10.1145/30350.30367. ISBN 0818607769. S2CID 14228669.
- Altera Corporation (2011). "Overcome Copper Limits with Optical Interfaces" (PDF).
- Brenner, K.-H.; Huang, Alan (1986). "Logic and architectures for digital optical computers (A)". J. Opt. Soc. Am. A3: 62. Bibcode:1986JOSAA...3...62B.
- Brenner, K.-H. (1988). "A programmable optical processor based on symbolic substitution". Appl. Opt. 27 (9): 1687–1691. Bibcode:1988ApOpt..27.1687B. doi:10.1364/AO.27.001687. PMID 20531637.
