SiPh

Что такое SiPh?

Кремниевая фотоника (SiPh) представляет собой технологическую платформу, в которой кремний используется в качестве оптической среды для производства фотонных интегральных схем (PIC). Она объединяет оптические компоненты и электронные схемы на одном кремниевом чипе, удовлетворяя потребность в более совершенных и надежных коммуникационных технологиях. Как передовая технология передачи данных в оптических коммуникациях, SiPh широко применяется в центрах обработки данных, телекоммуникациях и высокопроизводительных вычислениях.

Как работает SiPh?

SiPh объединяет электронику и фотонику в одной технологии, что минимизирует оптическую схему, превращает ее в небольшой чип и передает оптические сигналы по оптическому волноводу в чипе. Благодаря интеграции волновода, который обрабатывает оптические сигналы в кремниевом чипе, технология может одновременно обрабатывать электрические и оптические сигналы.

Ключевые компоненты кремниевой фотоники

Основные компоненты устройств кремниевой фотоники включают следующие три части, которые образуют одну микросхему.

Фотодетекторы на PIN-диодах преобразовывать оптические сигналы в электрические сигналы.

Оптический волновод предназначен для передачи сигнала.

Модуляторы и ответвители преобразовывать электрические сигналы в фотоны.

Каковы преимущества SiPh?

Использование стандартной производственной системы CMOS является наиболее значительным преимуществом SiPh. Это обеспечивает недорогое, быстрое и надежное производство и разработку изделий кремниевой фотоники.

Кремниевая фотоника использует оптические сигналы для передачи информации. По сравнению с электроникой, радиоволнами или микроволнами оптика имеет значительные преимущества, например более высокую скорость. Более высокая частота и поддержка нескольких режимов, таких как частота, амплитуда и фаза, позволяют оптике передавать больше данных. Преимущества становятся еще более заметными, когда оптические компоненты и электронные схемы интегрированы в один чип, что обеспечивает технологию недорогого массового производства.

По сравнению с раздельными оптическими и электронными решениями, высокоинтегрированный чипсет Silicon Photonics, содержащий оптические компоненты и электронные схемы, можно упаковать в корпус меньшего форм-фактора. Устройства Silicon Photonics небольшого размера и с низкими потерями потребляют меньше энергии, чем электрические или автономные оптические устройства.

С какими проблемами сталкивается кремниевая фотоника?

SiPh ограничен технологиями бесшовной интеграции, такими как интеграция высокоэффективных источников света, управление температурным режимом и существующие электронные системы, которые все еще находятся в стадии разработки. 

Кремний нельзя использовать для изготовления критически важных компонентов, таких как лазеры, а доступный диапазон оптических частот ограничен. Поэтому кремниевая фотоника сталкивается с проблемой, обусловленной исходным материалом. Новые материалы, такие как SiN, InP и GaA, которые в настоящее время изучаются, могут стать решением для расширения диапазона длин волн и создания оптических источников на кристалле.

Энергопотребление также является важным фактором, особенно при проектировании оптических волноводов, модуляторов и фильтров, поскольку необходимо соблюдать баланс между потерями и компактностью системы. Кремниевая фотоника также сталкивается с ограничениями, связанными с миниатюризацией и чувствительностью в сенсорных приложениях.

Хотя компоненты, использующие технологию кремниевой фотоники, дешевле других альтернативных технологий, широкомасштабное внедрение SiPh по-прежнему является дорогостоящим. Для снижения затрат при широком внедрении необходимо срочно увеличить объёмы производства с миллионов до миллиардов чипов. Требования к электронной части фотонной системы должны соответствовать требованиям оптоэлектроники (то есть управление температурным режимом необходимо учитывать в производственном процессе).