Silicon-Based Photonics

فتونیک سیلیکون به سرعت به عنوان یک موضوع تحقیقاتی با پتانسیل کاربردی بسیار تکامل یافته است. کنتراست ضریب شکست بالای سیلیکون روی عایق (SOI) نوید بزرگی را برای ساختارهای موجبر زیر میکرونی مناسب برای ادغام در مقیاس تراشه در ناحیه مادون قرمز نزدیک نشان می‌دهد. ناهمساختارهای Ge- و GeSn-Si با سطوح کرنش الاستیک مختلف در حال حاضر گسترش دامنه طیفی، عملکرد با سرعت بالا، مدولاسیون کارآمد و سوئیچینگ سیگنال های نوری، و افزایش انتشار نور و لیزر را فراهم می کنند.

این کتاب بر روی ادغام دستگاه‌های ناهم‌ساختار با فوتونیک سیلیکون تمرکز دارد. نویسندگان تلاش کرده‌اند تا یک درمان مختصر از فوتونیک سیلیکونی کلاسیک را با توصیفی از اصول، چشم‌اندازها، چالش‌ها و مسیرهای راه‌حل فنی اضافه کردن ناهم‌ساختارهای مبتنی بر سیلیکون ادغام کنند. این کتاب اصول فوتونیک سیلیکونی مبتنی بر ساختار ناهمسان، طرح‌بندی سیستم و اجزای کلیدی دستگاه را با در نظر گرفتن پس‌زمینه برنامه مورد بحث قرار می‌دهد. تمرکز ویژه بر پیکربندی‌های موجبر مبتنی بر SOI و دستگاه‌های ناهم‌ساختار Ge- و GeSn-Si برای تشخیص نور، مدولاسیون، و انتشار نور و لیزر است. این کتاب همچنین مروری بر چالش های تکنولوژیکی و علم مواد مرتبط با ادغام روی سیلیکون ارائه می دهد. نیمه اول کتاب عمدتاً برای خوانندگانی است که به دلیل اهمیت فزاینده آن در زمینه های مختلف به این موضوع علاقه مند هستند، در حالی که نیمه دوم ساختارهای مختلف دستگاه را برای انتشار نور، تشخیص، مدولاسیون، گسترش طول موج بیش از 1.6 میکرومتر و lasing، و همچنین چالش های آینده.

Silicon photonics has evolved rapidly as a research topic with enormous application potential. The high refractive index contrast of silicon-on-insulator (SOI) shows great promise for submicron waveguide structures suited for integration on the chip scale in the near-infrared region. Ge- and GeSn-Si heterostructures with different elastic strain levels already provide expansion of the spectral range, high-speed operation, efficient modulation and switching of optical signals, and enhanced light emission and lasing.

This book focuses on the integration of heterostructure devices with silicon photonics. The authors have attempted to merge a concise treatment of classical silicon photonics with a description of principles, prospects, challenges, and technical solution paths of adding silicon-based heterostructures. The book discusses the basics of heterostructure-based silicon photonics, system layouts, and key device components, keeping in mind the application background. Special focus is placed on SOI-based waveguide configurations and Ge- and GeSn-Si heterostructure devices for light detection, modulation, and light emission and lasing. The book also provides an overview of the technological and materials science challenges connected with integration on silicon. The first half of the book is mainly for readers who are interested in the topic because of its increasing importance in different fields, while the latter half covers different device structures for light emission, detection, modulation, extension of the wavelength beyond 1.6 μm, and lasing, as well as future challenges.