Энциклопедический словарь нанотехнологий - фотонная интегральная схема

Термин на английском

Photonic integrated circuit (PIC), Integrated optical circuitСинонимы

оптическая интегральная схемаАббревиатуры

Связанные термины

нанофотоникаОпределение

Устройство (монолитная или гибридная интегральная схема), содержащее один или несколько оптических элементов, и выполняющее определенные оптические или электрооптические функции.

Описание

Фотонная интегральная схема (ФИС), являясь, в определенном смысле, аналогом электронной интегральной схемы (сочетая в рамках одного устройства множество оптических функций), имеет существенные отличия от последней – ФИС обеспечивает функциональные возможности для работы с информационными сигналами на оптической длине волны (обычно, в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне – 850 – 1650 нм). 

В отличие от электронных интегральных схем, при изготовлении которых доминирующим и ключевым материалом является кремний, ФИС могут изготавливаться на основе множества различных материалов и систем, включая, оксид кремния на кремнии,  кремний на изоляторе, различные полимеры и полупроводниковые материалы (которые также используются для изготовления полупроводниковых лазеров, такие как GaAs и InP).  Использование различных материальных систем при изготовлении ФИС обусловлено тем, что каждая из них обеспечивает определенные преимущества или же накладывает определенные ограничения в зависимости от того, какой конкретно функционал должен быть интегрирован в ФИС.

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. В отличии от электронных схем, где ключевым элементом является транзистор, в ФИС нет единого доминирующего элемента. Спектр устройств, требуемых на чипе, включает в себя волноводные межсоединения с низкими потерями, делители мощности, оптические усилители, оптические модуляторы, фильтры, лазеры и детекторы. Все эти устройства требуют самых различных материалов и техник производства, что делает практически невозможной реализацию всех этих частей на одном чипе.

На сегодняшний день оптические интегральные схемы имеют самое широкое применение – ключевой областью их использования являются волоконно-оптические линии связи.

Решетки на основе волноводов (фазары), которые обычно используются как оптические (де-)мультиплексоры в мультиплексированных системах волоконно-оптической связи являются примерами фотонных интегральных схем, которые заменили собой мультиплексирующие схемы на основе дискретных фильтрующих элементов. Другим примером широко используемой ФИС в ВОЛС системах является лазер с внешней модуляцией, который объединяет в себе диодный лазер с распределенной обратной связью и электропоглащающий модулятор на одном чипе.

Использование ФИС позволяет изготавливать более компактные и с более высокой производительностью оптические системы (по сравнению с системами на основе дискретных оптических компонент), а также предоставляет возможность их интеграции с электронными схемами для увеличения функциональности конечного прибора. Авторы

• Разумовский Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н

Разделы

Нанофотоника и коротковолновая нелинейная оптика

Наноэлектронные источники и детекторы

Наноэлектроника: физические принципы и объекты новой цифровой наноэлектроники

Нанотехнологии в фотонике и оптоэлектронике, компонентная база и устройства