Silikonifotoniikka

Silikonifotoniikka (engl. silicon photonics) on tutkimus- ja kehitystekniikka, jossa silikonialustoille integroidaan fotonisia komponentteja ja piirejä optisen signaalin käsittelyyn ja tiedonsiirtoon. Tavoitteena on yhdistää suurten datamäärien siirto sekä pienikokoinen, kustannustehokas ja samalla laajasti integroitavissa oleva ratkaisu.

Yleisin tekninen perusta on silicon-on-insulator (SOI). Valmistus hyödyntää CMOS-teknologiaa, mikä mahdollistaa ohuiden kerrosten ja mikroraudan kaltaisten rakenteiden toteuttamisen samalla prosessilla kuin elektroniset piirit. Silikonilla ei ole suoraa valonlähdöä, joten laserlähteet liitetään yleensä ulkopuolelta tai käytetään hybridiyhdistelmiä III-V-materiaalien kanssa sekä germanium-epäptokohteita detektoreina.

Keskeisiin komponentteihin kuuluvat on-chip waveguides, mikrorengasresonatorit sekä Mach-Zehnder -modulattorit, joita käytetään signaalin muuntamiseen optisista signaaleista elektroniikkaan ja päinvastoin. Fotodetektorit ovat usein Ge-on-Si -rakenteita. Tiedonsiirtokokonaisuuksia täydentävät grating couplers ja erilaiset multiplexointi/demultiplexointi-ratkaisut sekä paikallinen lämpötasonhallinta.

Silikonifotoniikan etuja ovat CMOS-yhteensopivuus, mahdollisuus suurta integraatiota elektronisen logiikan kanssa sekä kustannushyöty suurella volyymillä. Haasteisiin kuuluvat ulkoisten laserlähteiden integroinnin käytännöt, lämpötilariippuvuus, pakkaus ja liitettävyyden luotettavuus sekä standardisoinnin kehittäminen.

Sovellukset kattavat datakeskusten optiset sisäiset yhteydet, korkeanopeuksiset verkkoyhteydet sekä telekommunikaatio, ja lisäksi tutkimuksessa kehitetään sensorointi- sekä erikoissovelluksia, joissa tarvitaan suurta tiedonsiirtokapasiteettia ja pienikokoisia ratkaisuja.