(集成光电子学导论)第十章硅光子学提要硅光子学介绍为什么硅光子基于硅的无源器件在硅上（或者基于硅）的有源器件光电混合集成（OEIC）硅基微电子IBM全球1秒内会增加5吨的硅基光电子元件(奔四)42milliontransistors2000000000multiplicationsin1sec为何硅基IC可以成功？大面积衬底的成熟工艺（硅晶圆）性能越小越快元器件的
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化：晶体管、电容、电阻、电感…基于统一技术平台，简单的工艺能制作复杂功能的元件——且链条中公司极少微电子互连的局限性带宽低，电子瓶颈问题随着线宽降低，泄露电流增大，功耗增加，散热困难解决途径——集成光电子取代集成微电子光电子集成的困境目前可变度过大不同的光学材料不同的元件原理和类型不同的工作波长范围因此:对不同应用没有通用制作技术没有批量化生产的工艺平台价格高昂集成光电子技术要想取代集成微电子，找到一个统一、可批量化生产的工艺平台至关重要硅全光功能集成光集成为何以硅集成为目标？优点：折射率大，集成密度高可直接使用微电子CMOS工艺可同时集成光器件和微电子器件价格低缺点：无源：偏振敏感（双折射），精度要求高有源：间接带隙半导体，量子效率极低大折射率差的作用绝缘体上的硅SOI（Silicon-on-Insulator）远程通讯波段透明（1310nm，1550nm）高折射率差（紧凑）3.45/1.0/1.45SOI光波导脊形波导nhighnlownlowIBM硅波导传输损耗硅基无源器件基于硅的环形共振器环半径：4微米环与直波导间隙：0.18纳米Q值：Q=25,000基于硅微共振环的生物传感器基于硅微共振环的应力传感器阵列波导光栅刻蚀衍射光栅硅基有源器件光发射光探测光调制硅基有源无源集成方式单片集成：所有有无源器件都使用硅来制作——理想（统一平台），但难！混合集成：有源用三五族材料做，然后想
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贴在硅芯片上——无奈的选择，过渡技术，成品率低，价格高硅基混合集成（粘结技术）硅基单片集成：寻找特殊物理效应，用于替代常规效应发光：不使用半导体受激辐射，而是用拉曼效应调制：不是用电光效应，而是用载流子注入探测：硅基锗探测器硅光调制器思考：光通信里的调制器通常基于铌酸锂的电光效应，而硅的电光系数很小，无法用电光来做调制器，能否用别的办法实现调制？思考：可以用于实现光调制器的集成光学结构有哪些？集成光调制器利用共振器和干涉仪来做管调制时，外加电信号一般应导致波导折射率变化，才可能引起共振波长漂移，或干涉信号加强或减弱。思考：加电后，如何引起硅折射率变化？硅基光调制器：载流子注入式在波导周围形成PN结，当外加电场后，由于扩散作用，使载流子开始向中间波导区移动，导致波导折射率变化基于马赫泽德干涉仪的硅调制器基于微共振环的硅调制器硅基锗探测器散射样品在强激光电场作用下，将产生高阶非线性现象，这时的电极化强度可写为：拉曼效应受激拉曼散射使用的三阶非线性效应，思考为何会发生？全硅激光器：拉曼激光器Intel2005全硅光电互连思考：光电互连微电子信号的导通依赖的是电子在导线内移动，光集成信号则依赖光在波导内全反射，如果要实现光电一体化集成，如何实现两者的兼容转换？总结硅光子集成有什么重要性硅集成的难点
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