search
ruРусский
banner
Дом / Блог / Микрогребень
Блог
pageSearch
Последние новости

Микрогребень

May 23, 2023May 23, 2023

Nature, том 605, страницы 457–463 (2022 г.) Процитировать эту статью

27 тысяч доступов

38 цитат

84 Альтметрика

Подробности о метриках

За последнее десятилетие микросоты вызвали волну приложений, начиная от оптической связи и заканчивая метрологией1,2,3,4. Несмотря на разнообразное применение, большинство систем на основе микросот полагаются на большое количество громоздких элементов и оборудования для выполнения желаемых функций, что является сложным, дорогим и энергозатратным. Напротив, кремниевая фотоника (SiPh) на основе литейного производства добилась замечательных успехов в обеспечении универсальной функциональности масштабируемым и недорогим способом5,6,7, но доступные источники света на основе чипов не имеют возможности для распараллеливания, что ограничивает область применения. приложений SiPh. Здесь мы объединяем эти две технологии, используя энергоэффективный и простой в эксплуатации микросотовый источник из алюминиево-галлий-арсенида на изоляторе для управления дополнительными SiPh-двигателями металл-оксид-полупроводник. Мы представляем две важные фотонные системы масштаба микросхемы для оптической передачи данных и микроволновой фотоники соответственно. Демонстрируется интегрированный фотонный канал передачи данных на основе микрогребенки, основанный на четырехуровневой схеме амплитудно-импульсной модуляции с совокупной скоростью два терабита в секунду, а также с помощью высоко реконфигурируемого микроволнового фотонного фильтра с высоким уровнем интеграции. подход с растяжением времени. Такая синергия микрогребенки и интегрированных компонентов SiPh является важным шагом на пути к следующему поколению полностью интегрированных фотонных систем.

Интегрированная фотоника оказывает глубокое влияние на передачу данных и обработку сигналов8,9,10. Важнейшим событием последнего десятилетия стала демонстрация микросот Керра, которые обеспечивают взаимно когерентные и эквидистантные линии оптических частот, генерируемые микрорезонаторами1,11,12. Благодаря широкому спектру оптоэлектронных систем на основе микрогребенков2,4,13,14,15,16,17,18, продемонстрированных недавно, эти интегрированные источники света обещают расширить область применения интегрированной фотоники до гораздо более широкой сферы. Однако, несмотря на огромный прогресс, достигнутый в интеграции микросот19,20,21,22,23, почти во всех демонстрациях системного уровня с использованием микросотовых технологий пассивные генераторы гребен по-прежнему остаются единственным интегрированным компонентом. Остальная часть системы, включая гребенчатые лазеры накачки, пассивные и активные оптические компоненты и вспомогательную электронику, обычно опирается на громоздкое, дорогое и энергоемкое оборудование, тем самым подрывая обещанные преимущества интегрированной фотоники.

Напротив, достижения в технологии кремниевой фотоники (SiPh) предоставили масштабируемое и недорогое решение для миниатюризации оптических систем6,24,25, используя преимущества комплементарного производства, совместимого с металлом-оксидом-полупроводником (КМОП). Эти «фотонные двигатели» были коммерциализированы в средствах передачи данных26,27 и широко применяются в других областях28,29,30,31. Тем не менее, ключевым компонентом, отсутствующим в фотонных интегральных схемах «кремний на изоляторе» (КНИ), изготавливаемых в литейном производстве, является источник с несколькими длинами волн. Например, современный модуль фотонного приемопередатчика содержит восьмиканальную лазерную матрицу с распределенной обратной связью (DFB) для мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM)32. Увеличение количества каналов в такой системе требует значительных усилий при проектировании, таких как стабилизация межстрочного расстояния и увеличение рабочей нагрузки при сборке. Более того, отсутствие взаимной когерентности между линиями каналов ограничивает многие приложения, такие как точная частотно-временная метрология.

Хотя взаимодействие этих двух технологий необходимо для решения вышеупомянутых проблем с обеих сторон, до сих пор такое сочетание оставалось неуловимым. Ранее, хотя комбинации микрогребенки и других фотонных компонентов показали потенциал в оптических вычислениях15, атомных часах4 и системах синтезаторов3, эти интегрированные демонстрации обычно основывались на специализированных производственных процессах, непригодных для крупносерийного производства. Более того, методы гребенчатого запуска33,34 и стабилизации35,36, которые требуют высокопроизводительной дискретной оптики и электронных компонентов, заметно увеличивают сложность работы и размер системы. Недавний прогресс в интеграции гибридных или гетерогенных лазерных микрогребенок позволяет упростить генерацию гребенок на кристалле21,22,23, но эти схемы усложняют обработку. Эти трудности, наряду с дополнительными расходами на многоканальное согласование и другие предварительные обработки в работе системы, до сих пор препятствовали внедрению функциональной лазерно-микрогребенчатой ​​системы.

33-GHz electro-optical bandwidth are used (Fig. 2f). Heaters are used to match up the modulators with the comb channels by thermal tuning (Fig. 2g). A representative result for such phase compensation in a modulator at different channel wavelengths is shown in Fig. 2g (left). To implement on-chip true-time delays, spiral waveguides with adiabatic bends are designed, as shown in Fig. 2h. The deviation of 60-ps delay lines is within 3 ps. Figure 2i shows the germanium (Ge) photodetector (PD) with about 0.5–0.8 A W−1 at different on-chip power levels, and with a saturation power of approximately 20 mW. A microring filter array is used here to control the comb lines individually, as shown in Fig. 2j. A 180-GHz-wide (2 free spectral range (FSR)) channel-selecting range can be obtained with 20-mW heater power (Methods). In addition, the SiPh devices support system-level assembly with electronic integrated chips (Fig. 2k), allowing future integration of low-noise trans-impedance amplifiers and high-speed drivers./p>20-dB main-to-sidelobe suppression ratio) is achieved using the dispersive delay scheme, with a subgigahertz-level filtering BW tunability. The results in Fig. 4e, f show the reconfigurability of RF FSR by modifying the comb line spacing: comb line spacings of 5.6 nm, 2.8 nm and 1.4 nm result in RF filtering response FSRs of 1.8 GHz, 3.6 GHz and 7.2 GHz, respectively. In contrast with other state-of-the-art microcomb-based MPFs using either bulk OSS46,47 or changing soliton states13, this work significantly advances the degree of integration and the reconfiguration speed (about 53 μs; Methods), which are crucial for modern wireless communications and avionic applications./p>10 Tbps by broadening the operation wavelength to the L band and the S band. The performance of the DFB-pumped integrated comb source is mainly limited by the relatively high noise floor of the free-running DFB laser (Methods), which lowers the optical signal-to-noise ratio (OSNR). For the RF filter, a narrower filtering BW (down to subgigahertz) and a higher tuning resolution can be obtained by increasing the number of tap channels used in the finite impulse response configurations43, that is, expansion of the MRA./p>2 million can be obtained in the AlGaAsOI resonator, corresponding to a waveguide loss of <0.3 dB cm−1. The fraction of aluminium is 0.2, which corresponds to a two-photon absorption wavelength of around 1,480 nm. The epitaxial wafer growth was accomplished using molecular-beam epitaxy. A 248-nm deep-ultraviolet stepper was used for the lithography. A photoresist reflow process and an optimized dry etch process were applied in waveguide patterning to minimize waveguide scattering loss. More fabrication details can be found in refs. 52,53. The SiPh PIC, including its Si modulators and Si–Ge PDs, was fabricated on a 200-mm SOI wafer with a Si-layer thickness of 220 nm and a buried oxide layer thickness of 2 μm using CMOS-compatible processes at CompoundTek Pte in a one-to-one 200-mm-wafer run with its standard 90-nm lithography SOI process. The waveguide loss in this SiPh platform is approximately 1.2 dB cm−1 in the C band. In our experiment, lensed fibres with different mode field diameters were selected for the AlGaAsOI and SOI chips; the coupling loss is about 3–5 dB per facet for AlGaAsOI waveguides and about 2–3 dB per facet for Si waveguides./p>30 GHz. The on-chip phase compensation units are MZI-based titanium nitride (TiN) microheaters. The resistance is approximately 200 Ω. The TiN metal layer is about 1 μm above the Si layer, ensuring a heating efficiency of about 20 mW π−1. Meanwhile, a deep trench process is utilized to isolate each microheater to diminish thermal cross-talk. For the on-chip true-time delay line, we adopted a 2-μm-wide multimode Si waveguide for low-loss transmission. Euler curves were used in the spiral waveguide for adiabatic bending. For a 60-ps Si delay line, the total loss is <0.5 dB, with a delay-time variation of <3% among 8 tested devices. For the vertical epitaxial Ge PD, the responsivity declines with the increasing on-chip power. A saturated point of about 20 mW could be reached when the power is further increased. Microring filters employed for WDM could be tuned by microheaters, with which a 180-GHz channel spacing can be obtained under 20-mW power dissipation. The CMOS drivers for signal amplification before injection into the Si MZM (not used in the high-bit-rate (>50 Gbps) signal transmission experiment) show a 3-dB gain BW of about 24 GHz./p>

Предыдущий: Iridian запускает новый веб-сайт для обслуживания японского рынка Следующий: Переосмысление конструкции фотонных чипов может сократить потребление энергии в центрах обработки данных
Отправить запрос
Отправлять