Optical Receiver - apakah tugas dari optical receiver

Apakah tugas dari optical receiver? simak artikel berikut ini untuk menemukan info seputar optical receiver. Optical receiver adalah salah satu blok bangunan utama dari rantai fotonik Si penuh. Memang, karena diposisikan di ujung tautan optik, ini mengatur seluruh anggaran daya tautan, yaitu, daya optik laser yang dikirim, hilangnya penyisipan modulator, dan hilangnya struktur pasif. Fotodetektor membutuhkan daya minimum untuk mencapai spesifikasi BER pada kecepatan data tertentu.

Dalam platform fotonik silikon, germanium (Ge) dengan cepat menjadi bahan pilihan, karena koefisien penyerapannya yang kuat dalam rentang panjang gelombang inframerah-dekat (hingga 1,6 μm) dan kompatibilitasnya dengan proses CMOS, mendukung integrasi monolitik.

Meskipun ketidakcocokan parameter kisi yang besar antara Ge dan Si (4.2%), pertumbuhan epitaxial dari lapisan germanium kristal berkualitas tinggi dan tebal pada silikon telah berhasil dibuktikan dengan konsentrasi dislokasi yang rendah di Ge (Hartmann et al., 2004). Saat ini, photodetector Ge diidentifikasi dengan baik sebagai perangkat yang paling kuat dan matang dalam platform fotonik silikon. Memang, ia menawarkan kinerja mutakhir yang secara langsung sebanding dengan rekan III-V-nya.

Dua strategi telah dikembangkan dan dilaporkan untuk integrasi detektor foto Ge ke dalam pandu gelombang silikon: (i) kopling cepat dan (ii) kopling pantat (Gambar 7A dan B, masing-masing) (Assefa et al., 2010a; Byrd et al., 2017; Chen et al., 2015a, 2016b; DeRose et al., 2011; Going et al., 2015; Li et al., 2012; Liao et al., 2011; Lischke et al., 2015; Michel et al. , 2010; Nam dkk., 2015; Okyay dkk., 2006; Virot dkk., 2017; Vivien dkk., 2009, 2012; Zhang dkk., 2014).

Gbr. 7. Tampilan skema (A) kopling evanescent dan (B) kopling butt dan dioda pin untuk fotodeteksi: (C) fotodioda Ge murni, (D) fotodioda hetero Si / Ge / Si ganda.

Kedua skema integrasi Ge telah menunjukkan kinerja fotodeteksi yang serupa dalam hal kecepatan dan responsivitas. Namun, meskipun tidak ada perbedaan mendasar, ada beberapa variasi kecil, yang dapat merugikan beberapa aplikasi. Memang, efisiensi kopling lebih kuat untuk konfigurasi kopling-pantat dalam hal sensitivitas panjang gelombang dan variasi ketebalan Ge. Lebih jauh lagi, integrasi tersebut mengarah pada permukaan yang hampir datar yang mendorong integrasi hibrida. Namun, linieritas deteksi dengan daya optik masukan dalam konfigurasi kopling cepat lebih baik daripada konfigurasi sambungan-pantat karena cahaya terus didistribusikan di sepanjang lapisan germanium. Ini menghindari segala jenis penyaringan absorpsi karena penyerapan Ge yang kuat. Menurut aplikasi target, karakteristik ini harus diperhitungkan. (Baca juga: Tipe kabel fiber optik menurut transmitter)

Dua jenis konfigurasi listrik untuk fotodioda telah muncul, secara skematis ditunjukkan pada Gambar. 7C dan D: (i) fotodioda Ge murni (homojunction) dengan kontak P + dan N + Ge-doped dan (ii) ganda Si / Ge / Fotodioda heterojungsi dimana daerah doped terbentuk dalam silikon (Virot et al., 2017). Kedua pendekatan tersebut menunjukkan karakteristik deteksi yang sebanding.

Keuntungan dari fotodioda hetero Si / Ge / Si ganda adalah: (i) pengurangan jumlah langkah teknologi (misalnya, pengurangan biaya dan kompleksitas fabrikasi), (ii) penurunan hambatan akses kontak berkat penggunaan silisida NiSi, dan (iii) peningkatan integrasi perangkat optoelektronik karena kontak berbasis silisida identik digunakan untuk semua perangkat Si optoelektronik termasuk modulator optik dan fotodetektor. Namun, pertumbuhan epitaxial Ge selektif yang menantang di parit Si sempit harus dilakukan.

Banyak demonstrasi yang berhasil telah diperoleh pada detektor fotodetektor Ge yang diintegrasikan ke dalam pandu gelombang Si. Sebagian besar dari detektor foto ini mencapai kinerja yang sangat tinggi dalam hal kecepatan (> 40 GHz) dan daya tanggap (> 1 A / W) dan arus gelap (di bawah 100 nA). Bahkan setelah pengurangan empat kali lipat dari arus gelap dari generasi pertama detektor Ge, arus gelap masih 1–2 lipat lebih tinggi daripada detektor III – V yang canggih. Kunci untuk memecahkan masalah ini adalah kualitas pertumbuhan epitaxial germanium pada silikon untuk mengurangi konsentrasi dislokasi dan jebakan pada antarmuka antara Ge dan Si.

Seperti yang dinyatakan di atas, penerima di sirkuit terintegrasi menggerakkan daya optik minimum yang diperlukan untuk memastikan deteksi bebas kesalahan. Oleh karena itu, semakin sensitif detektor, semakin rendah daya optik yang dibutuhkan dari sumbernya. Penggunaan avalanche photodiodes (APD) telah muncul sebagai cara yang menjanjikan untuk mendorong responsivitas melampaui batas yang diberlakukan oleh efisiensi kuantum eksternal. (Baca juga: Kabel fiber optik di gunakan pada jaringan?)

Operasi longsoran di fotodioda berbasis Germanium telah dibuktikan pertama kali dalam struktur Pengalian Muatan Absorpsi Terpisah (SACM) (Kang et al., 2008) dan struktur Metal Semiconductor Metal (MSM) (Assefa et al., 2010b). Fotodioda longsoran SACM memberikan perkawinan yang dioptimalkan antara penyerapan germanium yang kuat dan kebisingan perkalian yang rendah dalam silikon. 

Namun, bias tinggi diperlukan (> −10 V) untuk mencapai penguatan perkalian yang tinggi, dan fabrikasi rumit karena kebutuhan untuk mengontrol medan listrik secara sempurna menjadi Ge dan Si untuk mengurangi gangguan listrik. Sebaliknya, penguatan internal dalam struktur MSM dapat dicapai pada bias rendah (<−3 V); namun, arus gelap dalam struktur MSM terkenal sangat tinggi (biasanya 50 μA untuk penguatan satu kali), dengan demikian secara substansial menurunkan sensitivitas penerima foto longsoran.

Baru-baru ini, pendekatan baru telah dikembangkan berdasarkan fotodioda p-i-n Ge kompak yang bias dalam mode longsoran dengan lapisan Ge multiplikasi tipis untuk pengurangan kebisingan ruang mati yang ditingkatkan (Assefa et al., 2010b; Kang et al., 2008). Pendekatan ini memungkinkan integrasi yang disederhanakan dalam teknologi fotonik silikon. Keuntungan longsoran sedang, sekitar 10-20, dan tegangan bias yang relatif rendah sekitar 6 V telah dibuktikan.

Hasil awal pada receiver Ge ini menjanjikan; namun, mereka menyerukan lebih banyak upaya penelitian untuk mendapatkan pendeteksi foto longsoran yang efisien, bertegangan rendah, bersuara rendah, dan andal yang langsung terintegrasi ke dalam pandu gelombang Si.

Baca juga: Ururtan warna kabel fiber optik 24 core