فوتونیک مبتنی بر سیلیکون ۲۰۲۰
Silicon-Based Photonics 2020

فتونیک سیلیکونی به عنوان یک موضوع تحقیقاتی با پتانسیل کاربردی بسیار زیاد، به سرعت در حال تکامل است. کنتراست بالای ضریب شکست سیلیکون روی عایق (SOI) نوید بزرگی برای ساختارهای موج‌بری زیر میکرونی مناسب برای یکپارچه‌سازی در مقیاس تراشه در ناحیه فروسرخ نزدیک ارائه می‌دهد. ناهم‌ساختارهای Ge و GeSn-Si با سطوح مختلف کرنش الاستیک، در حال حاضر امکان گسترش محدوده طیفی، عملکرد با سرعت بالا، مدولاسیون و سوئیچینگ کارآمد سیگنال‌های نوری و انتشار و لیزر نور تقویت‌شده را فراهم می‌کنند.

این کتاب بر یکپارچه‌سازی دستگاه‌های ناهم‌ساختاری با فوتونیک سیلیکونی تمرکز دارد. نویسندگان تلاش کرده‌اند تا یک بررسی مختصر از فوتونیک سیلیکونی کلاسیک را با توصیف اصول، چشم‌اندازها، چالش‌ها و مسیرهای راه‌حل فنی افزودن ناهم‌ساختارهای مبتنی بر سیلیکون ادغام کنند. این کتاب به بررسی مبانی فوتونیک سیلیکونی مبتنی بر ناهم‌ساختار، طرح‌بندی‌های سیستم و اجزای کلیدی دستگاه با در نظر گرفتن پیشینه کاربردی می‌پردازد. تمرکز ویژه بر پیکربندی‌های موج‌بری مبتنی بر SOI و دستگاه‌های ناهم‌ساختاری Ge و GeSn-Si برای تشخیص نور، مدولاسیون و انتشار و لیزر نور معطوف شده است. این کتاب همچنین مروری بر چالش‌های علم مواد و فناوری مرتبط با یکپارچه‌سازی روی سیلیکون ارائه می‌دهد. نیمه اول کتاب عمدتاً برای خوانندگانی است که به دلیل اهمیت روزافزون این موضوع در زمینه‌های مختلف به آن علاقه‌مند هستند، در حالی که نیمه دوم ساختارهای مختلف دستگاه برای انتشار نور، تشخیص، مدولاسیون، گسترش طول موج فراتر از 1.6 میکرومتر و لیزر، و همچنین چالش‌های آینده را پوشش می‌دهد.

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.