WikiDer > Кремниевая фотоника - Википедия

Silicon photonics - Wikipedia

Кремниевая фотоника изучение и применение фотонный системы, которые используют кремний как оптическая среда.[1][2][3][4][5] Силикон обычно имеет узор субмикрометр точность, в микрофотонный составные части.[4] Они работают в инфракрасный, чаще всего на 1,55 мкм длина волны используется большинством волоконно-оптическая связь системы.[6] Кремний обычно лежит поверх слоя кремнезема в каком (по аналогии с аналогичная конструкция в микроэлектроника) известен как кремний на изоляторе (ТАК ЧТО Я).[4][5]

Кремниевая фотоника, пластина 300 мм

Кремниевые фотонные устройства могут быть изготовлены с использованием существующих производство полупроводников методов, и поскольку кремний уже используется в качестве подложки для большинства интегральные схемы, можно создавать гибридные устройства, в которых оптический и электронный компоненты интегрированы в единый микрочип.[6] Следовательно, кремниевая фотоника активно исследуется многими производителями электроники, включая IBM и Intel, а также академическими исследовательскими группами, как средство отслеживания Закон Мура, используя оптические межсоединения предоставить быстрее Передача данных как между, так и внутри микрочипы.[7][8][9]

Распространение свет через кремниевые устройства регулируется рядом нелинейно-оптический явления, включая Эффект Керра, то Рамановский эффект, двухфотонное поглощение и взаимодействие между фотоны и бесплатные носители.[10] Наличие нелинейности имеет фундаментальное значение, поскольку позволяет свету взаимодействовать со светом,[11] таким образом разрешая такие приложения, как преобразование длины волны и полностью оптическая маршрутизация сигналов, в дополнение к пассивной передаче света.

Кремний волноводы также представляют большой академический интерес, благодаря своим уникальным направляющим свойствам, они могут использоваться для связи, межсоединений, биосенсоров,[12][13] и они предлагают возможность поддерживать экзотические нелинейные оптические явления, такие как распространение солитона.[14][15][16]

Приложения

Оптическая связь

В типичном оптическом канале данные сначала передаются из электрической области в оптическую с помощью электрооптического модулятора или лазера с прямой модуляцией. Электрооптический модулятор может изменять интенсивность и / или фазу оптического носителя. В кремниевой фотонике распространенным методом достижения модуляции является изменение плотности свободных носителей заряда. Вариации плотности электронов и дырок изменяют действительную и мнимую части показателя преломления кремния, как описано эмпирическими уравнениями Сорефа и Беннета.[17] Модуляторы могут состоять как из смещенных вперед PIN диоды, которые обычно вызывают большие фазовые сдвиги, но страдают от более низких скоростей,[18] а также с обратным смещением PN переходы.[19] Продемонстрирован прототип оптического межсоединения с модуляторами микрокольца, интегрированными с германиевыми детекторами.[20][21]Нерезонансные модуляторы, такие как Интерферометры Маха-Цендера, имеют типичные размеры в миллиметровом диапазоне и обычно используются в приложениях связи или передачи данных. Резонансные устройства, такие как кольцевые резонаторы, могут иметь размеры всего несколько десятков микрометров, поэтому занимают гораздо меньшие площади. В 2013 году исследователи продемонстрировали резонансный модулятор истощения, который может быть изготовлен с использованием стандартных производственных процессов «кремний-на-изоляторе, комплементарный металл-оксид-полупроводник» (КНИ КМОП).[22] Подобное устройство было продемонстрировано также в массивной CMOS, а не в SOI.[23][24]

На стороне приемника оптический сигнал обычно преобразуется обратно в электрическую область с помощью полупроводника. фотоприемник. Полупроводник, используемый для генерации носителей, обычно имеет ширину запрещенной зоны, меньшую, чем энергия фотонов, и наиболее распространенным выбором является чистый германий.[25][26] Большинство детекторов используют PN переход для извлечения носителей, однако, детекторы на основе переходы металл-полупроводник (с германий как полупроводник) также интегрированы в кремниевые волноводы.[27] Совсем недавно кремний-германиевый лавинные фотодиоды способные работать на скорости 40 Гбит / с.[28][29]Готовые приемопередатчики были проданы в виде активных оптических кабелей.[30]

Оптические средства связи удобно классифицировать по протяженности или длине их каналов. Большая часть кремниевых фотонных коммуникаций до сих пор ограничивалась телекоммуникациями.[31]и приложения для передачи данных,[32][33] где радиус действия составляет несколько километров или несколько метров соответственно.

Однако ожидается, что кремниевая фотоника будет играть значительную роль и в компьютерной связи, где оптические линии связи имеют диапазон от сантиметра до метра. Фактически, прогресс компьютерных технологий (и продолжение Закон Мура) становится все более зависимым от более быстрых Передача данных между и внутри микрочипы.[34] Оптические межсоединения может обеспечить путь вперед, и кремниевая фотоника может оказаться особенно полезной после интеграции в стандартные кремниевые чипы.[6][35][36] В 2006 г. бывший Intel старший вице-президент Пэт Гелсингер заявил, что: «Сегодня оптика - это нишевая технология. Завтра она станет основным элементом каждого создаваемого нами чипа».[8]

Первый микропроцессор с оптическим вводом / выводом (I / O) был продемонстрирован в декабре 2015 года с использованием подхода, известного как CMOS-фотоника с нулевым изменением.[37]Эта первая демонстрация была основана на 45-нм узле SOI, а двунаправленная связь от кристалла к кристаллу работала со скоростью 2 × 2,5 Гбит / с. Общее потребление энергии звеном было рассчитано равным 16 пДж / б, и в нем преобладала доля внешнего лазера.

Некоторые исследователи считают, что лазер источник обязателен.[38] Другие считают, что он должен оставаться вне кристалла из-за тепловых проблем (квантовая эффективность снижается с температурой, а компьютерные чипы, как правило, горячие) и из-за проблем совместимости с CMOS. Одним из таких устройств является гибридный кремниевый лазер, в котором кремний связан с другим полупроводник (Такие как фосфид индия) как лазерная среда.[39] Другие устройства включают полностью кремниевые Рамановский лазер[40] или полностью кремниевые лазеры Бриллюэна[41] при этом кремний служит лазерной средой.

В 2012 году IBM объявила о создании оптических компонентов в масштабе 90 нанометров, которые могут быть изготовлены с использованием стандартных технологий и включены в обычные микросхемы.[7][42] В сентябре 2013 года Intel анонсировала технологию передачи данных со скоростью 100 гигабит в секунду по кабелю диаметром примерно пять миллиметров для подключения серверов внутри центров обработки данных. Обычные кабели данных PCI-E передают данные со скоростью до восьми гигабит в секунду, а сетевые кабели - до 40 Гбит / с. Последняя версия USB стандарт достигает десяти Гбит / с. Эта технология не заменяет напрямую существующие кабели, поскольку требует отдельной печатной платы для взаимного преобразования электрических и оптических сигналов. Его повышенная скорость дает возможность сократить количество кабелей, соединяющих блейд-серверы в стойке, и даже разделить процессор, хранилище и память на отдельные блейд-серверы, чтобы обеспечить более эффективное охлаждение и динамическую конфигурацию.[43]

Графен Фотодетекторы обладают потенциалом превосходить германиевые устройства по нескольким важным аспектам, хотя они остаются примерно на порядок ниже нынешней генерирующей способности, несмотря на быстрое улучшение. Графеновые устройства могут работать на очень высоких частотах и ​​в принципе могут достигать более высокой полосы пропускания. Графен может поглощать более широкий диапазон длин волн, чем германий. Это свойство можно использовать для одновременной передачи большего количества потоков данных в одном и том же луче света. В отличие от германиевых детекторов, графеновые фотодетекторы не требуют приложенного напряжения, что может снизить потребность в энергии. Наконец, графеновые детекторы в принципе позволяют более простую и менее дорогую интеграцию на кристалле. Однако графен не сильно поглощает свет. Соединение кремниевого волновода и листа графена лучше направляет свет и максимизирует взаимодействие. Первое подобное устройство было продемонстрировано в 2011 году. Производство таких устройств с использованием традиционных технологий производства не продемонстрировано.[44]

Оптические маршрутизаторы и сигнальные процессоры

Еще одно применение кремниевой фотоники - сигнальные маршрутизаторы для оптическая связь. Конструкцию можно значительно упростить, если изготавливать оптические и электронные части на одном кристалле, а не размещать их на нескольких компонентах.[45] Более широкой целью является полностью оптическая обработка сигналов, при которой задачи, которые обычно выполняются путем манипулирования сигналами в электронной форме, выполняются непосредственно в оптической форме.[3][46] Важным примером является все-оптическое переключение, при этом маршрутизация оптических сигналов напрямую контролируется другими оптическими сигналами.[47] Другой пример - полностью оптическое преобразование длины волны.[48]

В 2013 г. стартап компания названный «Компас-EOS», на базе Калифорния И в Израиль, был первым, кто представил коммерческий маршрутизатор для преобразования кремния в фотонику.[49]

Связь на большие расстояния с использованием кремниевой фотоники

Кремниевая микрофотоника потенциально может увеличить Интернетпропускная способность за счет создания микромасштабных устройств со сверхнизким энергопотреблением. Кроме того, потребляемая мощность центры обработки данных может быть значительно уменьшен, если это будет успешно достигнуто Исследователи из Sandia,[50] Котура, NTT, Fujitsu и различные академические институты пытались доказать эту функциональность. В статье 2010 года сообщалось о прототипе передачи на 80 км, 12,5 Гбит / с с использованием кремниевых микроконцевиков.[51]

Дисплеи светового поля

По состоянию на 2015 год американская стартап-компания Волшебный прыжок работает над световое поле чип с использованием кремниевой фотоники с целью дополненная реальность отображать.[52]

Физические свойства

Оптическое наведение и настройка дисперсии

Кремний прозрачный к Инфракрасный свет с длинами волн около 1,1 микрометра.[53] Кремний также имеет очень высокую показатель преломления, около 3,5.[53] Плотное оптическое ограничение, обеспечиваемое этим высоким индексом, позволяет микроскопическим оптические волноводы, которые могут иметь размеры в поперечном сечении всего несколько сотен нанометры.[10] Одномодовое распространение может быть достигнуто,[10] таким образом (как одномодовое оптическое волокно) устранение проблемы модальная дисперсия.

Сильный диэлектрические граничные эффекты которые возникают в результате этого жесткого ограничения, существенно изменяют соотношение оптической дисперсии. Выбирая геометрию волновода, можно настроить дисперсию для получения желаемых свойств, что имеет решающее значение для приложений, требующих ультракоротких импульсов.[10] В частности, дисперсия групповой скорости (то есть степень, в которой групповая скорость зависит от длины волны) можно точно контролировать. В массивном кремнии при 1,55 мкм дисперсия групповой скорости (ДГС) равна нормальный в том, что импульсы с большей длиной волны распространяются с более высокой групповой скоростью, чем импульсы с более короткой длиной волны. Однако, выбрав подходящую геометрию волновода, можно изменить это и добиться аномальный ДГС, при которой импульсы с более короткими длинами волн распространяются быстрее.[54][55][56] Аномальная дисперсия значительна, так как является предпосылкой для солитон распространение, и модуляционная неустойчивость.[57]

Чтобы фотонные компоненты кремния оставались оптически независимыми от объемного кремния вафля на котором они изготовлены, необходим слой промежуточного материала. Обычно это кремнезем, который имеет гораздо более низкий показатель преломления (около 1,44 в интересующей области длин волн[58]), и, таким образом, свет на границе кремний-диоксид кремния (как свет на границе кремний-воздух) претерпевает полное внутреннее отражение, и остаются в кремнии. Эта конструкция известна как кремний на изоляторе.[4][5] Он назван в честь технологии кремний на изоляторе в электронике, где компоненты построены на слое изолятор чтобы уменьшить паразитная емкость и так повысить производительность.[59]

Керровская нелинейность

Кремний имеет фокусировку Керровская нелинейность, в этом показатель преломления увеличивается с увеличением оптической интенсивности.[10] Этот эффект не особенно силен в массивном кремнии, но его можно значительно усилить, используя кремниевый волновод для концентрации света в очень малой площади поперечного сечения.[14] Это позволяет нелинейно-оптический эффекты, которые можно увидеть при малых мощностях. Нелинейность можно дополнительно усилить, используя щелевой волновод, в котором высокий показатель преломления кремния используется для ограничения света в центральной области, заполненной сильно нелинейным полимер.[60]

Керровская нелинейность лежит в основе множества оптических явлений.[57] Одним из примеров является четырехволновое смешение, который был применен в кремнии для реализации оптическое параметрическое усиление,[61] параметрическое преобразование длины волны,[48] и генерация частотной гребенки.,[62][63]

Керровская нелинейность также может вызывать модуляционная неустойчивость, в котором он усиливает отклонения от формы оптического сигнала, что приводит к генерации спектральный-боковые полосы и возможное разделение формы сигнала на последовательность импульсов.[64] Другой пример (описанный ниже) - это распространение солитонов.

Двухфотонное поглощение

Кремниевые экспонаты двухфотонное поглощение (TPA), в котором пара фотоны может действовать, чтобы возбудить электронно-дырочная пара.[10] Этот процесс связан с эффектом Керра и по аналогии с комплексный показатель преломления, можно рассматривать как воображаемый-часть сложный Керровская нелинейность.[10] На длине волны электросвязи 1,55 микрометра эта мнимая часть составляет примерно 10% от действительной части.[65]

Влияние TPA очень разрушительно, так как он тратит впустую свет и генерирует нежелательные высокая температура.[66] Однако его можно уменьшить, переключившись на более длинные волны (при которых отношение TPA к Керру падает),[67] или с помощью щелевых волноводов (в которых внутренний нелинейный материал имеет более низкое отношение TPA к Керру).[60] В качестве альтернативы, энергия, потерянная через TPA, может быть частично восстановлена ​​(как описано ниже) путем извлечения ее из генерируемых носителей заряда.[68]

Бесплатные взаимодействия носителей заряда

В бесплатные носители внутри кремния может как поглощать фотоны, так и изменять свой показатель преломления.[69] Это особенно важно при высоких интенсивностях и в течение длительного времени из-за концентрации носителей заряда, создаваемой TPA. Влияние свободных носителей заряда часто (но не всегда) нежелательно, и были предложены различные способы их устранения. Одна из таких схем - имплант кремний с гелий чтобы усилить рекомбинация носителей.[70] Подходящий выбор геометрии также может быть использован для уменьшения срока службы носителя. Ребристые волноводы (в котором волноводы состоят из более толстых областей в более широком слое кремния) усиливают как рекомбинацию носителей заряда на границе кремния-кремний, так и распространение носителей из сердцевины волновода.[71]

Более продвинутая схема удаления носителей состоит в том, чтобы интегрировать волновод в внутренняя область из PIN-диод, который обратный смещенный так что носители притягиваются от сердцевины волновода.[72] Еще более сложная схема - использовать диод как часть цепи, в которой Напряжение и Текущий не совпадают по фазе, что позволяет извлекать мощность из волновода.[68] Источником этой мощности является свет, потерянный из-за двухфотонного поглощения, и поэтому, восстанавливая часть его, чистые потери (и скорость, с которой выделяется тепло) могут быть уменьшены.

Как упоминалось выше, эффекты свободных носителей заряда также могут быть использованы конструктивно для модуляции света.[18][19][73]

Нелинейность второго порядка

В объемном кремнии нелинейности второго порядка не могут существовать из-за центросимметрия его кристаллической структуры. Однако, применяя деформацию, можно нарушить инверсную симметрию кремния. Это может быть получено, например, путем внесения нитрид кремния слой на тонкой кремниевой пленке.[74]Нелинейные явления второго порядка можно использовать для оптическая модуляция, спонтанное параметрическое преобразование с понижением частоты, параметрическое усиление, сверхбыстрая обработка оптического сигнала и средний инфракрасный поколение. Однако для эффективного нелинейного преобразования требуется согласование фаз между задействованными оптическими волнами. Нелинейные волноводы второго порядка на основе напряженного кремния позволяют достичь согласование фаз к диспергирование.[75]Однако пока экспериментальные демонстрации основаны только на конструкциях, которые фаза согласована.[76]Было показано, что согласование фаз может быть получен также в двойном кремнии щелевые волноводы покрытый высоконелинейной органической оболочкой[77]и в периодически напряженных кремниевых волноводах.[78]

Рамановский эффект

Кремний демонстрирует Рамановский эффект, в котором фотон обменивается на фотон с немного другой энергией, что соответствует возбуждению или релаксации материала. Рамановский переход кремния состоит из одного очень узкого частотного пика, что проблематично для широкополосных явлений, таких как Рамановское усиление, но полезен для узкополосных устройств, таких как Рамановские лазеры.[10] Ранние исследования рамановского усиления и рамановских лазеров начались в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, что привело к демонстрации суммарного усиления кремниевых рамановских усилителей и кремниевого импульсного рамановского лазера с волоконным резонатором (Optics express 2004). Следовательно, в 2005 году были изготовлены полностью кремниевые рамановские лазеры.[40]

Эффект Бриллюэна

В рамановском эффекте фотоны сдвигаются в красный или синий цвет на оптические фононы с частотой около 15 ТГц. Однако кремниевые волноводы также поддерживают акустический фонон возбуждения. Взаимодействие этих акустических фононов со светом называется Рассеяние Бриллюэна. Частоты и формы колебаний этих акустических фононов зависят от геометрии и размера кремниевых волноводов, что позволяет создавать сильное бриллюэновское рассеяние на частотах от нескольких МГц до десятков ГГц.[79][80] Вынужденное рассеяние Бриллюэна использовалось для создания узкополосных оптических усилителей.[81][82][83] а также полностью кремниевые лазеры Бриллюэна.[41] Взаимодействие фотонов с акустическими фононами изучается также в области оптомеханика полости, хотя трехмерные оптические резонаторы не нужны для наблюдения взаимодействия.[84] Например, помимо кремниевых волноводов, оптико-механическая связь также была продемонстрирована в волокнах.[85] и в халькогенидных волноводах.[86]

Солитоны

Эволюцию света через кремниевые волноводы можно аппроксимировать кубической Нелинейное уравнение Шредингера.,[10] который примечателен признанием сечь-подобно солитон решения.[87] Эти оптические солитоны (которые также известны в оптоволокно) результат баланса между фазовая самомодуляция (что приводит к тому, что передний фронт импульса красное смещение задняя кромка смещена в синюю сторону) и аномальной дисперсии групповой скорости.[57] Такие солитоны наблюдались в кремниевых волноводах группами в университетах Колумбия,[14] Рочестер,[15] и Ванна.[16]

Рекомендации

  1. ^ Сореф, Ричард А .; Лоренцо, Джозеф П. (1986). «Полностью кремниевые активные и пассивные волноводные компоненты на лямбда = 1,3 и 1,6 мкм». Журнал IEEE по квантовой электронике. 22 (6): 873–879. Bibcode:1986IJQE ... 22..873S. Дои:10.1109 / JQE.1986.1073057.
  2. ^ Джалали, Бахрам; Фатпур, Сасан (2006). «Кремниевая фотоника». Журнал технологии световых волн. 24 (12): 4600–4615. Bibcode:2006JLwT ... 24.4600J. Дои:10.1109 / JLT.2006.885782.
  3. ^ а б Алмейда, В. Р .; Barrios, C.A .; Panepucci, R. R .; Липсон, М (2004). «Полностью оптический контроль света на кремниевом чипе». Природа. 431 (7012): 1081–1084. Bibcode:2004 Натур.431.1081A. Дои:10.1038 / природа02921. PMID 15510144.
  4. ^ а б c d Кремниевая фотоника. Springer. 2004. ISBN 3-540-21022-9.
  5. ^ а б c Кремниевая фотоника: введение. Джон Уайли и сыновья. 2004. ISBN 0-470-87034-6.
  6. ^ а б c Липсон, Михал (2005). «Направляя, модулируя и проливая свет на кремний - проблемы и возможности». Журнал технологии световых волн. 23 (12): 4222–4238. Bibcode:2005JLwT ... 23.4222L. Дои:10.1109 / JLT.2005.858225.
  7. ^ а б «Кремниевая интегрированная нанофотоника». IBM Исследование. Получено 14 июля 2009.
  8. ^ а б "Кремниевая фотоника". Intel. Получено 14 июля 2009.
  9. ^ SPIE (5 марта 2015 г.). «Пленарная презентация Ю.А. Власова: Кремниевая интегрированная нанофотоника: от фундаментальной науки к производственной технологии». Отдел новостей SPIE. Дои:10.1117/2.3201503.15.
  10. ^ а б c d е ж грамм час я Деккер, Р; Усечак, Н; Först, M; Дриссен, А (2008). «Сверхбыстрые нелинейные полностью оптические процессы в волноводах кремний на изоляторе». Журнал физики D. 40 (14): R249 – R271. Bibcode:2007JPhD ... 40..249D. Дои:10.1088 / 0022-3727 / 40/14 / r01.
  11. ^ Мясник, Пол Н .; Коттер, Дэвид (1991). Элементы нелинейной оптики. Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-42424-0.
  12. ^ Талеби Фард, Сахба; Grist, Samantha M .; Донцелла, Валентина; Schmidt, Shon A .; Флюкигер, Йонас; Ван, Сюй; Ши, Вэй; Миллспо, Эндрю; Уэбб, Митчелл; Ratner, Daniel M .; Cheung, Karen C .; Хростовский, Лукас (2013). «Кремниевые фотонные биосенсоры без этикеток для использования в клинической диагностике». В Кубби, Джоэл; Рид, Грэм Т. (ред.). Кремниевая фотоника VIII. 8629. п. 862909. Дои:10.1117/12.2005832.
  13. ^ Донцелла, Валентина; Шервали, Ахмед; Флюкигер, Йонас; Grist, Samantha M .; Фард, Сахба Талеби; Хростовский, Лукас (2015). «Разработка и изготовление микрокольцевых резонаторов КНИ на основе субволновых решетчатых волноводов». Оптика Экспресс. 23 (4): 4791–803. Bibcode:2015OExpr..23.4791D. Дои:10.1364 / OE.23.004791. PMID 25836514.
  14. ^ а б c Се, И.-Вэй; Чен, Сяоган; Дадап, Джерри I .; Panoiu, Nicolae C .; Осгуд, Ричард М .; Макнаб, Шари Дж .; Власов, Юрий А. (2006). «Сверхбыстрая импульсная самомодуляция фазы и дисперсия третьего порядка в Si фотонных проволочных волноводах». Оптика Экспресс. 14 (25): 12380–12387. Bibcode:2006OExpr..1412380H. Дои:10.1364 / OE.14.012380. PMID 19529669.
  15. ^ а б Чжан, Цзидун; Линь, Цян; Пиредда, Джованни; Бойд, Роберт В .; Agrawal, Govind P .; Фоше, Филипп М. (2007). «Оптические солитоны в кремниевом волноводе». Оптика Экспресс. 15 (12): 7682–7688. Bibcode:2007OExpr..15.7682Z. Дои:10.1364 / OE.15.007682. PMID 19547096. S2CID 26807722.
  16. ^ а б Дин, Вт .; Benton, C .; Горбач, А.В .; Wadsworth, W. J .; Knight, J.C .; Скрябин, Д. В .; Gnan, M .; Щавель, М .; де ла Рю, Р. М. (2008). «Солитоны и спектральное уширение в длинных фотонных проволоках кремний на изоляторе». Оптика Экспресс. 16 (5): 3310–3319. Bibcode:2008OExpr..16.3310D. Дои:10.1364 / OE.16.003310. PMID 18542420.
  17. ^ Сореф, Ричард А .; Беннетт, Брайан Р. (1987). «Электрооптические эффекты в кремнии». Журнал IEEE по квантовой электронике. 23 (1): 123–129. Bibcode:1987IJQE ... 23..123S. Дои:10.1109 / JQE.1987.1073206.
  18. ^ а б Barrios, CA; Алмейда, В.Р .; Panepucci, R .; Липсон, М. (2003). "Электрооптическая модуляция волноводных устройств субмикронного размера" кремний на изоляторе ". Журнал технологии световых волн. 21 (10): 2332–2339. Bibcode:2003JLwT ... 21.2332B. Дои:10.1109 / JLT.2003.818167.
  19. ^ а б Лю, Аньшэн; Ляо, Линь; Рубин, Дорон; Нгуен, шляпа; Чифтчоглу, Беркехан; Четрит, Йоэль; Ижаки, Наум; Паничча, Марио (2007). «Высокоскоростная оптическая модуляция, основанная на истощении несущей в кремниевом волноводе». Оптика Экспресс. 15 (2): 660–668. Bibcode:2007OExpr..15..660L. Дои:10.1364 / OE.15.000660. PMID 19532289. S2CID 24984744.
  20. ^ Чен, Лонг; Престон, Кайл; Манипатруни, Сасикантх; Липсон, Михал (2009). «Интегрированный кремниевый фотонный соединитель ГГц с модуляторами и детекторами микрометрового масштаба». Оптика Экспресс. 17 (17): 15248–15256. arXiv:0907.0022. Bibcode:2009OExpr..1715248C. Дои:10.1364 / OE.17.015248. PMID 19688003.
  21. ^ Вэнс, Эшли. «Intel делает ставку на переход от чипа к чипу нового поколения». Реестр. Получено 26 июля 2009.
  22. ^ Shainline, J.M .; Orcutt, J. S .; Wade, M. T .; Наммари, К .; Moss, B .; Георгас, М .; Sun, C .; Ram, R.J .; Стоянович, В .; Попович, М.А. (2013). «Оптический модулятор плазмы несущей с режимом истощения в усовершенствованной КМОП-матрице с нулевым изменением». Письма об оптике. 38 (15): 2657–2659. Bibcode:2013OptL ... 38.2657S. Дои:10.1364 / OL.38.002657. PMID 23903103. S2CID 16603677.
  23. ^ «Крупный прорыв в кремниевой фотонике может позволить продолжить экспоненциальный рост микропроцессоров». KurzweilAI. 8 октября 2013 г.
  24. ^ Shainline, J.M .; Orcutt, J. S .; Wade, M. T .; Наммари, К .; Техар-Захав, О .; Штернберг, З .; Meade, R .; Ram, R.J .; Стоянович, В .; Попович, М.А. (2013). "Оптические модуляторы поликремния в режиме обеднения в объемном комплементарном металлооксидном полупроводниковом процессе". Письма об оптике. 38 (15): 2729–2731. Bibcode:2013OptL ... 38.2729S. Дои:10.1364 / OL.38.002729. PMID 23903125. S2CID 6228126.
  25. ^ Кухарский, Д .; и другие. (2010). «Оптический приемник 10 Гбит / с 15 мВт со встроенным германиевым фотодетектором и гибридной катушкой индуктивности, использующей технологию 0,13 мкм SOI CMOS». Дайджест технических документов конференции по твердотельным схемам (ISSCC): 360–361.
  26. ^ Ганн, Кэри; Мазини, Джанлоренцо; Witzens, J .; Капеллини, Г. (2006). «КМОП-фотоника с использованием германиевых фотоприемников». Транзакции ECS. 3 (7): 17–24. Дои:10.1149/1.2355790.
  27. ^ Вивьен, Лоран; Рувьер, Матье; Федели, Жан-Марк; Маррис-Морини, Дельфина; Дамленкур, Жан Франсуа; Мангени, Джульетта; Кроза, Пол; Эль-Мелхауи, Лубна; Кассан, Эрик; Ле Ру, Ксавье; Паскаль, Даниэль; Лаваль, Сюзанна (2007). «Высокоскоростной и высокочувствительный германиевый фотоприемник, интегрированный в микроволновый световод кремний-на-изоляторе». Оптика Экспресс. 15 (15): 9843–9848. Bibcode:2007OExpr..15.9843V. Дои:10.1364 / OE.15.009843. PMID 19547334.
  28. ^ Кан, Иминь; Лю, Хань-Дин; Морс, Майк; Паничча, Марио Дж .; Задка, Моше; Лицкий, Стас; Сарид, Гади; Пошар, Александр; Го, Ин-Хао; Чен, Хуэй-Вэнь; Зауи, Виссем Сфар; Бауэрс, Джон Э .; Белинг, Андреас; Макинтош, Дион К .; Чжэн, Сяогуан; Кэмпбелл, Джо К. (2008). "Монолитные германиево-кремниевые лавинные фотодиоды с произведением коэффициента усиления на полосу пропускания 340 ГГц". Природа Фотоника. 3 (1): 59–63. Bibcode:2009 НаФо ... 3 ... 59K. Дои:10.1038 / nphoton.2008.247.
  29. ^ Модин, Остин (8 декабря 2008 г.). «Intel трубит о самом быстром в мире кремниевом фотонном детекторе». Реестр.
  30. ^ Нарасимха, А. (2008). «Оптоэлектронный приемопередатчик QSFP с пропускной способностью 40 Гбит / с в технологии кремния на изоляторе CMOS 0,13 мкм». Труды конференции по оптоволоконной связи (OFC): ОМК7. ISBN 978-1-55752-859-9.
  31. ^ Дорр, Кристофер Р .; и другие. (2015). «Кремниевая фотонная интеграция в телекоммуникациях». В Ямаде, Кодзи (ред.). Фотонная интеграция и конвергенция фотоники и электроники на кремнии. Границы физики. 3. Frontiers Media SA. п. 7. Bibcode:2015FrP ..... 3 ... 37D. Дои:10.3389 / fphy.2015.00037.
  32. ^ Оркатт, Джейсон; и другие. (2016). Монолитная кремниевая фотоника на 25 Гбит / с. Конференция по оптоволоконной связи. OSA. стр. Th4H.1. Дои:10.1364 / OFC.2016.Th4H.1.
  33. ^ Фредерик, Бёф; и другие. (2015). Последние достижения в области исследований и разработок и производства кремниевой фотоники на пластинчатой ​​платформе 300 мм. Конференция по оптоволоконной связи. OSA. стр. W3A.1. Дои:10.1364 / OFC.2015.W3A.1.
  34. ^ Майндл, Дж. Д. (2003). «За пределами закона Мура: эпоха межсоединений». Вычислительная техника в науке и технике. 5 (1): 20–24. Bibcode:2003CSE ..... 5a..20M. Дои:10.1109 / MCISE.2003.1166548.
  35. ^ Barwicz, T .; Byun, H .; Gan, F .; Holzwarth, C.W .; Попович, М. А .; Rakich, P.T .; Watts, M. R .; Ippen, E. P .; Kärtner, F. X .; Smith, H.I .; Orcutt, J. S .; Ram, R.J .; Стоянович, В .; Olubuyide, O.O .; Hoyt, J. L .; Spector, S .; Geis, M .; Grein, M .; Lyszczarz, T .; Юн, Дж. У. (2006). «Кремниевая фотоника для компактных энергоэффективных межсоединений». Журнал оптических сетей. 6 (1): 63–73. Bibcode:2007JON ..... 6 ... 63B. Дои:10.1364 / JON.6.000063. S2CID 10174513.
  36. ^ Orcutt, J. S .; и другие. (2008). Демонстрация электронной фотонной интегральной схемы в промышленном масштабируемом массовом процессе CMOS. Конференция по лазерам и электрооптике / Конференция по квантовой электронике и лазерной науке и системные технологии фотонных приложений.
  37. ^ Сун, Чен; и другие. (2015). «Однокристальный микропроцессор, который взаимодействует напрямую с помощью света». Природа. 528 (7583): 534–538. Bibcode:2015Натура.528..534S. Дои:10.1038 / природа16454. PMID 26701054.
  38. ^ Бауэрс, Джон Э (2014). Полупроводниковые лазеры на кремнии. 2014 Международная конференция по полупроводниковым лазерам . IEEE. п. 29.
  39. ^ «Гибридный кремниевый лазер - исследование платформы Intel». Intel. Получено 14 июля 2009.
  40. ^ а б Ронг, H; Лю, А; Джонс, Р. Коэн, О; Хак, Д; Николаеску, Р. Клык, А; Паничча, М. (2005). «Полностью кремниевый рамановский лазер». Природа. 433 (7023): 292–294. Bibcode:2005Натура.433..292R. Дои:10.1038 / природа03273. PMID 15635371.
  41. ^ а б Otterstrom, Nils T .; Бехунин, Райан О .; Киттлаус, Эрик А .; Ван, Чжэн; Ракич, Питер Т. (8 июня 2018 г.). «Кремниевый лазер Бриллюэна». Наука. 360 (6393): 1113–1116. arXiv:1705.05813. Bibcode:2018Научный ... 360.1113O. Дои:10.1126 / science.aar6113. ISSN 0036-8075. PMID 29880687.
  42. ^ Боргино, Дарио (13 декабря 2012 г.). «IBM объединяет оптику и электронику на одном чипе». Gizmag.com.
  43. ^ Симонит, Том. «Intel представляет оптическую технологию, которая убивает медные кабели и ускоряет работу центров обработки данных | Обзор технологий MIT». Technologyreview.com. Получено 4 сентября 2013.
  44. ^ Оркатт, Майк (2 октября, 2013 г.) «Оптическая связь на основе графена может сделать вычисления более эффективными. Обзор технологий MIT.
  45. ^ Аналуи, Бехнам; Гукенбергер, Дрю; Кухарский, Даниэль; Нарасимха, Адитхьярам (2006). «Полностью интегрированный оптоэлектронный приемопередатчик 20 Гбит / с, реализованный на основе стандартной 0,13-мкм КМОП-технологии SOI». Журнал IEEE по твердотельным схемам. 41 (12): 2945–2955. Bibcode:2006IJSSC..41.2945A. Дои:10.1109 / JSSC.2006.884388.
  46. ^ Бойраз, Оздал; Кунатх, Пракаш; Рагхунатан, Варун; Джалали, Бахрам (2004). «Вся оптическая коммутация и генерация континуума в кремниевых волноводах». Оптика Экспресс. 12 (17): 4094–4102. Bibcode:2004OExpr..12.4094B. Дои:10.1364 / OPEX.12.004094. PMID 19483951. S2CID 29225037.
  47. ^ Власов, Юрий; Грин, Уильям М. Дж .; Ся, Fengnian (2008). «Высокопроизводительный кремниевый нанофотонный нечувствительный к длине волны переключатель для встроенных оптических сетей». Природа Фотоника. 2 (4): 242–246. Дои:10.1038 / nphoton.2008.31.
  48. ^ а б Фостер, Марк А .; Тернер, Эми С .; Салем, Реза; Липсон, Михал; Гаэта, Александр Л. (2007). «Широкополосное параметрическое преобразование длины волны непрерывного излучения в кремниевых нановолноводах». Оптика Экспресс. 15 (20): 12949–12958. Bibcode:2007OExpr..1512949F. Дои:10.1364 / OE.15.012949. PMID 19550563. S2CID 12219167.
  49. ^ «После шести лет планирования Compass-EOS берет на себя ответственность за создание сверхбыстрых маршрутизаторов».. venturebeat.com. 12 марта 2013 г.. Получено 25 апреля 2013.
  50. ^ Зортман, В. А. (2010). «Измерение потерь мощности и выделение частотного чирпа в модуляторах резонатора кремниевых микродисков» Proc. Конференция по оптоволоконной связи (OFC) (OMI7): OMI7. Дои:10.1364 / OFC.2010.OMI7. ISBN 978-1-55752-885-8.
  51. ^ Биберман, Александр; Манипатруни, Сасикантх; Офир, Ноам; Чен, Лонг; Липсон, Михал; Бергман, Керен (2010). «Первая демонстрация передачи на большие расстояния с использованием кремниевых модуляторов микрокольца». Оптика Экспресс. 18 (15): 15544–15552. Bibcode:2010OExpr..1815544B. Дои:10.1364 / OE.18.015544. PMID 20720934. S2CID 19421366.
  52. ^ Бурзак, Кэтрин (11 июня 2015 г.). "Может ли Magic Leap сделать то, что он требует, с 592 миллионами долларов?". Обзор технологий MIT. Получено 13 июн 2015.
  53. ^ а б «Кремний (Si)». Университет Ридинга Инфракрасная многослойная лаборатория. Получено 17 июля 2009.
  54. ^ Инь, Лянхун; Lin, Q .; Агравал, Говинд П. (2006). «Настройка дисперсии и распространение солитонов в кремниевых волноводах». Письма об оптике. 31 (9): 1295–1297. Bibcode:2006OptL ... 31.1295Y. Дои:10.1364 / OL.31.001295. PMID 16642090. S2CID 43103486.
  55. ^ Тернер, Эми С .; Манолату, Кристина; Schmidt, Bradley S .; Липсон, Михал; Фостер, Марк А .; Шарпинг, Джей Э .; Гаэта, Александр Л. (2006). «Специальная аномальная дисперсия групповой скорости в кремниевых канальных волноводах». Оптика Экспресс. 14 (10): 4357–4362. Bibcode:2006OExpr..14.4357T. Дои:10.1364 / OE.14.004357. PMID 19516587. S2CID 41508892.
  56. ^ Талукдар, Тахмид Х .; Аллен, Габриэль Д.; Кравченко, Иван; Рикман, Джадсон Д. (5 августа 2019 г.). «Одномодовые волноводные интерферометры из пористого кремния с коэффициентом удержания единицы для сверхчувствительного измерения поверхностного адслоя». Оптика Экспресс. 27 (16): 22485–22498. Bibcode:2019OExpr..2722485T. Дои:10.1364 / OE.27.022485. ISSN 1094-4087. OSTI 1546510. PMID 31510540.
  57. ^ а б c Агравал, Говинд П. (1995). Нелинейная волоконная оптика (2-е изд.). Сан-Диего (Калифорния): Academic Press. ISBN 0-12-045142-5.
  58. ^ Малицон, И. Х. (1965). «Межпредметное сравнение показателя преломления плавленого кремнезема». Журнал Оптического общества Америки. 55 (10): 1205–1209. Bibcode:1965JOSA ... 55.1205M. Дои:10.1364 / JOSA.55.001205.
  59. ^ Celler, G.K .; Кристоловяну, Сорин (2003). «Границы кремний-на-изоляторе». Журнал прикладной физики. 93 (9): 4955. Bibcode:2003JAP .... 93.4955C. Дои:10.1063/1.1558223.
  60. ^ а б Коос, С; Jacome, L; Поултон, К; Leuthold, J; Freude, W (2007). «Нелинейные волноводы кремний на изоляторе для полностью оптической обработки сигналов». Оптика Экспресс. 15 (10): 5976–5990. Bibcode:2007OExpr..15.5976K. Дои:10.1364 / OE.15.005976. HDL:10453/383. PMID 19546900. S2CID 7069722.
  61. ^ Фостер, М. А .; Тернер, А. С .; Sharping, J. E .; Schmidt, B.S .; Липсон, М; Гаэта, А. Л. (2006). «Широкополосное параметрическое усиление на кремниевом фотонном кристалле». Природа. 441 (7096): 960–3. Bibcode:2006Натура.441..960F. Дои:10.1038 / природа04932. PMID 16791190.
  62. ^ Гриффит, Остин Дж .; Lau, Ryan K.W .; Карденас, Хайме; Окавати, Ёситомо; Моханти, Асима; Файн, Роми; Ли, Юн Хо Даниэль; Ю, Мэнцзе; Phare, Christopher T .; Poitras, Carl B .; Гаэта, Александр Л .; Липсон, Михал (24 февраля 2015 г.). «Генерация гребенки средней инфракрасной частоты с кремниевым чипом». Nature Communications. 6: 6299. arXiv:1408.1039. Bibcode:2015 НатКо ... 6,6299 г. Дои:10.1038 / ncomms7299. PMID 25708922.
  63. ^ Куйкен, Барт; Идегучи, Такуро; Хольцнер, Саймон; Ян, Мин; Hänsch, Theodor W .; Ван Кампенхаут, Джорис; Верхейен, Питер; Коэн, Стефан; Лев, Франсуа; Баэтс, Роэль; Ролкенс, Гюнтер; Пикке, Натали (20 февраля 2015 г.). «Гребенка среднего инфракрасного диапазона с охватом октавы, генерируемая в кремниевом нанофотонном проволочном волноводе». Nature Communications. 6: 6310. arXiv:1405.4205. Bibcode:2015НатКо ... 6,63 · 10 тыс.. Дои:10.1038 / ncomms7310. ЧВК 4346629. PMID 25697764.
  64. ^ Panoiu, Nicolae C .; Чен, Сяоган; Осгуд-младший, Ричард М. (2006). «Модуляционная нестабильность в кремниевых фотонных нанопроводах». Письма об оптике. 31 (24): 3609–11. Bibcode:2006OptL ... 31.3609P. Дои:10.1364 / OL.31.003609. PMID 17130919.
  65. ^ Инь, Лянхун; Агравал, Говинд П. (2006). «Влияние двухфотонного поглощения на фазовую самомодуляцию в кремниевых волноводах: эффекты свободных носителей». Письма об оптике. 32 (14): 2031–2033. Bibcode:2007OptL ... 32.2031Y. Дои:10.1364 / OL.32.002031. PMID 17632633. S2CID 10937266.
  66. ^ Никбин, Дариус (20 июля 2006 г.). «Кремниевая фотоника решает свою» фундаментальную проблему"". Издательство IOP.
  67. ^ Rybczynski, J .; Kempa, K .; Герчинский, А .; Wang, Y .; Naughton, M. J .; Ren, Z. F .; Huang, Z. P .; Cai, D .; Гирзиг, М. (2007). «Двухфотонное поглощение и коэффициенты Керра кремния для 850– 2200 нм (4 100 км)». Письма по прикладной физике. 90 (2): 191104. Bibcode:2007АпФЛ..90б1104Р. Дои:10.1063/1.2430400. S2CID 122887780.
  68. ^ а б Циа, К. М. (2006). Сбор энергии в кремниевых рамановских усилителях. 3-й IEEE Международная конференция по фотонике группы IV.
  69. ^ Сореф, Р .; Беннетт Б. (1987). «Электрооптические эффекты в кремнии». Журнал IEEE по квантовой электронике. 23 (1): 123–129. Bibcode:1987IJQE ... 23..123S. Дои:10.1109 / JQE.1987.1073206.
  70. ^ Liu, Y .; Цанг, Х.К. (2006). "Нелинейное поглощение и рамановское усиление в кремниевых волноводах, имплантированных ионами гелия". Письма об оптике. 31 (11): 1714–1716. Bibcode:2006OptL ... 31.1714L. Дои:10.1364 / OL.31.001714. PMID 16688271.
  71. ^ Zevallos l., Manuel E .; Gayen, S.K .; Alrubaiee, M .; Альфано, Р. Р. (2005). «Время жизни фотогенерированных носителей в волноводах с ребрами кремний на изоляторе». Письма по прикладной физике. 86 (1): 071115. Bibcode:2005АпФЛ..86а1115З. Дои:10.1063/1.1846145. S2CID 37590490.
  72. ^ Джонс, Ричард; Ронг, Хайшэн; Лю, Аньшэн; Фанг, Александр В .; Паничча, Марио Дж .; Хак, Дани; Коэн, Одед (2005). "Net continuous wave optical gain in a low loss silicon-on-insulator waveguide by stimulated Raman scattering". Оптика Экспресс. 13 (2): 519–525. Bibcode:2005OExpr..13..519J. Дои:10.1364/OPEX.13.000519. PMID 19488380. S2CID 6804621.
  73. ^ Manipatruni, Sasikanth; и другие. (2007). "High Speed Carrier Injection 18 Gbit/s Silicon Micro-ring Electro-optic Modulator". Proceedings of Lasers and Electro-Optics Society: 537–538. Дои:10.1109/leos.2007.4382517. ISBN 978-1-4244-0924-2.
  74. ^ Jacobsen, Rune S.; Andersen, Karin N.; Borel, Peter I.; Fage-Pedersen, Jacob; Frandsen, Lars H.; Hansen, Ole; Kristensen, Martin; Lavrinenko, Andrei V.; Moulin, Gaid; Ou, Haiyan; Peucheret, Christophe; Zsigri, Beáta; Bjarklev, Anders (2006). "Strained silicon as a new electro-optic material". Природа. 441 (7090): 199–202. Bibcode:2006Natur.441..199J. Дои:10.1038/nature04706. ISSN 0028-0836. PMID 16688172.
  75. ^ Avrutsky, Ivan; Soref, Richard (2011). "Phase-matched sum frequency generation in strained silicon waveguides using their second-order nonlinear optical susceptibility". Оптика Экспресс. 19 (22): 21707–16. Bibcode:2011OExpr..1921707A. Дои:10.1364/OE.19.021707. ISSN 1094-4087. PMID 22109021.
  76. ^ Cazzanelli, M.; Bianco, F.; Borga, E.; Pucker, G.; Ghulinyan, M.; Degoli, E.; Luppi, E.; Véniard, V.; Ossicini, S.; Modotto, D.; Wabnitz, S.; Pierobon, R.; Pavesi, L. (2011). "Second-harmonic generation in silicon waveguides strained by silicon nitride". Nature Materials. 11 (2): 148–154. Bibcode:2012NatMa..11..148C. Дои:10.1038/nmat3200. HDL:11379/107111. ISSN 1476-1122. PMID 22138793.
  77. ^ Alloatti, L.; Korn, D.; Weimann, C.; Koos, C.; Freude, W.; Leuthold, J. (2012). "Second-order nonlinear silicon-organic hybrid waveguides". Оптика Экспресс. 20 (18): 20506–15. Bibcode:2012OExpr..2020506A. Дои:10.1364/OE.20.020506. ISSN 1094-4087. PMID 23037098.
  78. ^ Hon, Nick K.; Tsia, Kevin K.; Solli, Daniel R.; Jalali, Bahram (2009). "Periodically poled silicon". Письма по прикладной физике. 94 (9): 091116. arXiv:0812.4427. Bibcode:2009ApPhL..94i1116H. Дои:10.1063/1.3094750. ISSN 0003-6951.
  79. ^ Rakich, Peter T.; Reinke, Charles; Camacho, Ryan; Davids, Paul; Wang, Zheng (30 January 2012). "Giant Enhancement of Stimulated Brillouin Scattering in the Subwavelength Limit". Physical Review X. 2 (1): 011008. Bibcode:2012PhRvX...2a1008R. Дои:10.1103/PhysRevX.2.011008. ISSN 2160-3308.
  80. ^ Shin, Heedeuk; Qiu, Wenjun; Jarecki, Robert; Cox, Jonathan A.; Olsson, Roy H.; Starbuck, Andrew; Wang, Zheng; Rakich, Peter T. (December 2013). "Tailorable stimulated Brillouin scattering in nanoscale silicon waveguides". Nature Communications. 4 (1): 1944. arXiv:1301.7311. Bibcode:2013NatCo...4.1944S. Дои:10.1038/ncomms2943. ISSN 2041-1723. ЧВК 3709496. PMID 23739586.
  81. ^ Kittlaus, Eric A.; Shin, Heedeuk; Rakich, Peter T. (1 July 2016). "Large Brillouin amplification in silicon". Nature Photonics. 10 (7): 463–467. arXiv:1510.08495. Bibcode:2016NaPho..10..463K. Дои:10.1038/nphoton.2016.112. ISSN 1749-4885.
  82. ^ Van Laer, Raphaël; Kuyken, Bart; Van Thourhout, Dries; Baets, Roel (1 March 2015). "Interaction between light and highly confined hypersound in a silicon photonic nanowire". Nature Photonics. 9 (3): 199–203. arXiv:1407.4977. Bibcode:2015NaPho...9..199V. Дои:10.1038/nphoton.2015.11. ISSN 1749-4885.
  83. ^ Van Laer, Raphaël; Bazin, Alexandre; Kuyken, Bart; Baets, Roel; Thourhout, Dries Van (1 January 2015). "Net on-chip Brillouin gain based on suspended silicon nanowires". New Journal of Physics. 17 (11): 115005. arXiv:1508.06318. Bibcode:2015NJPh...17k5005V. Дои:10.1088/1367-2630/17/11/115005. ISSN 1367-2630.
  84. ^ Van Laer, Raphaël; Baets, Roel; Van Thourhout, Dries (20 May 2016). "Unifying Brillouin scattering and cavity optomechanics". Физический обзор A. 93 (5): 053828. arXiv:1503.03044. Bibcode:2016PhRvA..93e3828V. Дои:10.1103/PhysRevA.93.053828.
  85. ^ Kobyakov, Andrey; Sauer, Michael; Chowdhury, Dipak (31 March 2010). "Stimulated Brillouin scattering in optical fibers". Advances in Optics and Photonics. 2 (1): 1. Bibcode:2010AdOP....2....1K. Дои:10.1364/AOP.2.000001. ISSN 1943-8206.
  86. ^ Levy, Shahar; Lyubin, Victor; Klebanov, Matvei; Scheuer, Jacob; Zadok, Avi (15 December 2012). "Stimulated Brillouin scattering amplification in centimeter-long directly written chalcogenide waveguides". Письма об оптике. 37 (24): 5112–4. Bibcode:2012OptL...37.5112L. Дои:10.1364/OL.37.005112. ISSN 1539-4794. PMID 23258022. S2CID 11976822.
  87. ^ Drazin, P. G. & Johnson, R. S. (1989). Solitons: an introduction. Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-33655-4.