фотонная интегральная схема сокр., ФИС иначе оптическая интегральная схема (англ. photonic integrated circuit или integrated optical circuit сокр., PIC) — многокомпонентное фотонное устройство, изготовленное на плоской подложке и выполняющее функции обработки оптических сигналов.

Описание

Фотонная интегральная схема (ФИС) содержит множество оптически связанных между собой компонентов, изготовленных на одной подложке и совместно выполняющих разнообразные функции обработки оптических сигналов (обычно в видимом или ближнем инфракрасном диапазонах длин волн). Ожидается, что ФИС сыграют важнейшую роль в развитии оптической связи.

Устройства, все компоненты которых изготовлены путем введения примесей или структурирования материала подложки, называются монолитными ФИС. В качестве материала подложек для монолитных ФИС обычно используются GaAs или InP, которые называются AIIIBV соединениями, так как состоят из элементов, расположенных в III и V столбцах периодической таблицы Менделеева. В устройствах, изготавливаемых на подложках из AIIIBV соединений, используются примеси, позволяющие управлять шириной запрещенной зоны и, следовательно, рабочей длиной волны активных устройств — лазеров и усилителей.

ФИС, не являющиеся монолитными, называются гибридными. Их обычно изготавливают на подложке из ниобата лития, кремния, стекла, реже — на подложке из полимеров. Ниобат лития используется в качестве подложки ввиду его высокого электрооптического коэффициента. Кремний — очень перспективный материал для создания ФИС, так как позволяет использовать технологии, разрабатываемые для электронных интегральных схем и, вероятно, самое главное, — позволяет объединять фотонные и электронные интегральные схемы. Стекло или оргстекло (полиметил метакрилат) имеют низкую себестоимость и широко распространены; кроме того, на основе ряда стекол, легированных редкоземельными элементами, можно изготавливать лазеры и оптические усилители. Однако обычно из таких материалов не удается изготавливать монолитные устройства, поскольку некоторые функциональные устройства (к примеру, полупроводниковые лазеры) проще приклеить, чем интегрировать в материал подложки.

Технология производства ФИС похожа на технологию, используемую при производстве электронных ИС, где фотолитография применяется для разметки подложки с целью проведения травления и нанесения необходимых материалов.

На сегодняшний день оптические интегральные схемы имеют самое широкое применение, при этом ключевой областью их использования являются оптические сети и системы связи.

Реконфигурируемые мультиплексоры ввода–вывода для систем оптической связи являются примером фотонных интегральных схем, которые заменили собой мультиплексоры на основе дискретных элементов. Другим примером широко используемой в оптических системах связи ФИС является оптический передатчик, в котором на одном чипе объединены его основные компоненты: полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью, электрооптический модулятор и полупроводниковый усилитель.

Использование ФИС позволяет изготавливать более компактные и с более высокой производительностью оптические системы (по сравнению с системами на основе дискретных оптических компонентов), а также предоставляет возможность их интеграции с электронными схемами для миниатюризации многофункциональных оптико-электронных систем и приборов.

Авторы

  • Разумовский Алексей Сергеевич
  • Наний Олег Евгеньевич

Источники

  1. Янг М. Оптика и лазеры, включая волоконную оптику и волноводы. — М.: Мир, 2005. — 350 с.
  2. Welch D., Joyner C., Lambert D. et al. III–V photonic integrated circuits and their impact on optical network architectures // Optical Fiber Telecommunications / Ed. by I. P. Kaminow, T. Li, A. E. Willner. — Academic Press, 2008. P. 343–379.
  3. Photonic integrated circuit // Wikipedia, the free Encyclopedia. — http://en.wikipedia.org/wiki/Photonic_integrated_circuit (дата обращения: 12.10.2009).

Напишите нам