硅光子學
關注創建者：yiyun5611 創建時間：2018-11-19
硅光子學的實例教程
據外媒報道，北亞利桑那大學助理教授Ryan Behunin與來自耶魯大學和德克薩斯大學奧斯汀分校的物理學家合作，共同發現了一種操縱硅材料中光線的創新方法。
正如發表在頂級期刊Science上的文章所描述的，展示的這種新型激光器，可以在硅芯片中用聲波放大光線。該團隊的研究代表了硅光子學領域的重大進步。
幾十年來，實現硅光子學的全部潛力這一難題一直困擾著眾多科學家。由于該元件的固有特性，在硅中產生激光非常困難，而這是硅光子學的一個關鍵因素。通過上述發現，研發團隊已經朝著解決這個問題邁出了一大步。
Behunin表示：“我們在硅材料中演示了一種新型激光器-布里淵（Brillouin）激光器。”該項目極大地擴展了光在硅片中的操作和控制方式。該激光器是以法國物理學家布里淵（LéonBrillouin）的名字命名的，而光聲散射效應也是以他的名字命名。通過設計新的專用波導，該團隊研發的布里淵（Brillouin）激光器能利用聲音來放大光線。
因為該激光器的獨特屬性，其應用范圍包括計時以及編碼和解碼信息的新方案等。除了發光之外，布里淵激光器還可以產生純粹的聲波。發射的光可以用來為“光子電路”供電，而產生的聲波則可以實現非常復雜的精密測量， 所有這些功能都可以在一個小芯片上實現。
Behunin指出：“我們的工作目前還處于初步階段。我們可以通過硅片創建一系列激光設計應用，每個激光設計都具有為特定應用定制的獨特屬性。”
展開 綜合硅數字邏輯、光電子學以及光纖通信技術的潛力，一切似乎皆有可能。
按照當時工程師們的設想，這些技術將持續發展和融合，直到光子技術與電子技術相結合，并最終取代電子技術。光子技術不僅可以實現跨國數據傳輸，還可以在數據中心之間甚至是計算機之間傳輸數據。工程師們認為，通過光纖可以在芯片間傳輸數據，甚至設想出了光子芯片：很多人都期待將來有一天極速邏輯芯片可以利用光子而非電子。
但是，這樣的設想并未實現。企業和政府曾投入億萬美元用于研究新型光器件和系統，利用光纖將數據中心內部計算機服務器的機架連接起來。誠然，很多現代數據中心的機架都利用這些光設備進行連接。然而光子技術也就到此為止了。在機架內部，單個服務器板仍然使用廉價的銅纜和高速電子器件相互連接。當然，在電路板上，連接處理器的都是金屬導線。
將光子技術推向服務器本身、用光纖直接連接處理器的嘗試，因經濟原因觸礁而失敗了。根據市場調研公司光計數公司（Light Counting）的調查，以太網光收發設備市場規模已達到年均40億美元，到2020年這個市場將擴大到近45億美元和5000萬套器件，這不可否認。但是時至今日，光子技術仍未解決數據中心計算機機架與處理器芯片間最后幾米的問題。
不過，光子技術的巨大潛力意味著仍有希望。雖然技術挑戰仍十分巨大，但數據中心設計的新思路為大數據時代的光子技術革命提供了一條看似可行的道路。
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在當今的數字化世界中，無論是上網、觀看網絡電視，還是做任何其他事情，人們所使用的數據流都會經過光電收發器。光電收發器的作用是實現光電信號的相互轉換。在各大云服務提供商及社交媒體公司的數據中心內部，這些收發器就位于用于在數據中心之間傳輸數據的光纖的端點處。收發器與每個服務器機架頂部的交換設備相連接，將光信號轉化為電信號并傳輸到該機架中的服務器組。
展開 他們的完全耗盡絕緣體上硅和硅上氮化鎵技術處于高效和高性能無線電技術的前沿，能夠推動更高的性能并承受更高的熱量和功率要求。他們的硅光子技術是范式轉變的開始，將計算機和有線通信的核心元素從電子改為光子。他們的 3D 和異構集成專業知識允許將常規邏輯、低功耗 FDX、無線電優化、光子學、InP 和 SiN 技術的組合集成到一個創新解決方案中，該解決方案利用最佳技術滿足應用需求。
由于這項先進技術，Global Foundries 是一家領先的代工廠，擊敗了臺積電、英特爾和三星等其他公司。
今年，盡管遇到一些宏觀經濟逆風，將對預算密集型項目產生負面影響，但在硅光子學進步的推動下，深度光子學集成已經在某些數據中心應用中證明了可行性。CPO架構也肯定會在數據通信之外的領域繼續它的故事。
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硅光子技術原理介紹
硅光子技術即在硅晶圓上實現光傳輸，用激光束代替電子信號傳輸數據，是一種基于硅光子學的低成本、高速率的光通信技術。硅光子技術的實用化和研發的推進改速度都超過了預期，其中，進展尤為快速的當屬日本。
光子學使用的材料是玻璃，光器件是基于玻璃上制作的，這與硅有所不同。由于光的波長對硅而言是透明的，如果信息完全基于硅的基礎上的話，就不能做光接收器，這是硅材料的本質不足，尤其是光源方面，所以硅材料不適合做激光器。但是硅光子技術的應用范圍可以從電路板間的數據傳輸擴大到芯片內的傳輸，并且未來硅光子技術的應用范圍有望擴大到芯片間和芯片內的傳輸，預計這方面的應用將在2020年左右實現實用化。
有專家表示，硅光子技術是一個原理性的技術，人們可以透過這個窗口看到以前沒有看到過的東西。如果作為獨立元件的話，它的優勢在于獨立波長，這不像其他傳統的激光器，傳統的激光器會產生紅光、綠光，而基于硅光子的獨立元件能產生傳統激光器產生不了的光。
來源：中國電力電子產業網
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硅光子學的最新內容
什么是波導？2個月前
單模光纖較小的纖芯只支持有限的傳播模，因此其被廣泛應用于硅光子學和長距離光通信，實現光（以及其承載信息）的遠程高效傳輸。但是，由于纖芯較小，光線很難進入波導，需要專用激光器和光學組件讓光以脈沖的形式進入光纖。
多模光纖不適合長距離通信，因為存在多種模態，會導致光脈沖以不同的速度擴展傳播。多模光纖更適合短距離通信網絡，如局域網（LAN）和數據中心等。
引言
從光纖到硅器件的高效光耦合是硅光子學中的關鍵技術。端面耦合器由于其需要制造在芯片表面上而面臨限制，這對晶圓級器件測試提出了挑戰。與端面耦合器相比，光柵耦合器具有靈活的放置、更高的對準公差以及無需表面拋光等優點，從而實現晶圓級測試并降低光纖封裝成本。傳統的光柵耦合器通常需要傾斜入射，通常約10°，以防止二階反射。
在硅光子學中，鍺是一種常見的材料選擇，因為它與大多數硅工藝兼容，并且可以在硅頂部低缺陷生長。在垂直布局中，鍺吸收層生長在硅波導頂部，并在鍺頂部形成電接觸。為了最大限度地減少此觸點的電損耗，在鍺和觸點之間的界面處引入了一層薄薄的高濃度摻雜劑，而其余的鍺則沒有特意進行摻雜。下面的硅被摻雜以增加導電性，從而形成垂直 PIN 結。
1.應用
?硅光子學
?波導設計
?空心光纖
?亞波長光學
?彎曲波導
?長距離等離子體激元
高折射率對比光纖
2.優勢
?矢量有限元法速度非常快，而且精度高
?全矢量公式化各向異性模式求解器
?能夠使用5階插值混合向量/節點量，以去掉偽解并極大的增加精度
?可利用布局的對稱性降低仿真域尺寸
?單軸完全匹配層(
應用
? 硅光子學
? 波導設計
? 空心光纖
? 亞波長光學
? 彎曲波導
? 長距離等離子體激元
高折射率對比光纖
2.
在硅光子學中，鍺是一種常見的材料選擇，因為它與大多數硅工藝兼容，并且可以在硅頂部低缺陷生長。在垂直布局中，鍺吸收層生長在硅波導頂部，并在鍺頂部形成電接觸。為了最大限度地減少此觸點的電損耗，在鍺和觸點之間的界面處引入了一層薄薄的高濃度摻雜劑，而其余的鍺則沒有特意進行摻雜。下面的硅被摻雜以增加導電性，從而形成垂直 PIN 結。
GF Fotonix是一款功能豐富且高度靈活的硅光子學平臺，也是業界率先可用于光子和電子器件單片集成的商用代工廠平臺，并提供光子學專用流程選項。光子器件包括有源器件（如馬赫-曾德爾和微環調制器以及鍺光電二極管）和無源組件（如分光器、多模干涉儀、移相器/相位旋轉器、錐形波導、彎曲波導和波分復用濾波器）。
</p><p><br></p><p><strong>引言</strong></p><p><br></p><p>從光纖到硅器件的高效光耦合是硅光子學中的關鍵技術。端面耦合器由于其需要制造在芯片表面上而面臨限制，這對晶圓級器件測試提出了挑戰。與端面耦合器相比，光柵耦合器具有靈活的放置、更高的對準公差以及無需表面拋光等優點，從而實現晶圓級測試并降低光纖封裝成本。
除了先進半導體、硅光子學、人工智能、5G通信和傳感技術之外，他們還致力于健康和生命科學、移動、工業4.0、農產品、智能城市、可持續能源等眾多應用領域的研發。Imec將半導體價值鏈、佛蘭德斯和國際科技、制藥、醫療和ICT公司、初創企業、學術界和知識中心的世界行業領導者團結在一起。Imec的總部位于魯汶（比利時），在比利時、荷蘭和美國設有研究機構，并在三大洲設有代表處。
今年，盡管遇到一些宏觀經濟逆風，將對預算密集型項目產生負面影響，但在硅光子學進步的推動下，深度光子學集成已經在某些數據中心應用中證明了可行性。CPO架構也肯定會在數據通信之外的領域繼續它的故事。
