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矽光子學

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矽光子學是針對以矽為光學介質的光子学系統的研究和應用[1][2][3][4][5]。一般會在矽晶片裡以次納米精度進行佈局，形成微光子（英语：microphotonics）元件[4]，所使用的光是在红外线範圍，常見的有波长1.55微米，也是大部份光纖通訊系統使用的光源[6]。矽光子學使用的矽一般會在晶圓的最上層，類似微电子学的SOI（Silicon On Insulator），因此也稱為SOI[4][5]。

300 mm晶圓上的矽光子學

矽光子元件可以用現有的半导体器件制造技術來製作，矽已是大部份集成电路中的基質，因此可以製作混合型的元件，將光学元件和电子元件整合在單一積體電路裡[6]。矽光子元件已是許多集體電路製造商（包括IBM和英特尔）的熱門研究領域，也有許多針對矽光子元件的學術研究群體，目前研究是用光互連提供積體電路內或積體電路之間更快的数据传输，以追上摩尔定律[7][8][9]。

光在矽元件中的傳播和許多非线性光学現象有關，包括克爾效应、拉曼效应、雙光子吸收以及光子和自由载流子之間交互作用[10]。非線性特性的存在非常重要，這讓光可以被動傳輸以外，還可以讓光和光之間有交互影響[11]，因此可以有波長轉換、全光信號路由之類的應用。

矽波导管也是許多學術關注的焦點，因為其獨特的導引特性，可以用在通訊、互連、生物感測器[12][13]，而且也可以產生奇異的非線性光學現象，例如孤子傳播[14][15][16]。

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Soref, Richard A.; Lorenzo, Joseph P. All-silicon active and passive guided-wave components for lambda= 1.3 and 1.6 microns. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1986, 22 (6): 873–879 [2 July 2019]. Bibcode:1986IJQE...22..873S. doi:10.1109/JQE.1986.1073057. （原始内容存档于2 December 2020）. 
  2. ^ Jalali, Bahram; Fathpour, Sasan. Silicon photonics. Journal of Lightwave Technology. 2006, 24 (12): 4600–4615. Bibcode:2006JLwT...24.4600J. doi:10.1109/JLT.2006.885782. 
  3. ^ Almeida, V. R.; Barrios, C. A.; Panepucci, R. R.; Lipson, M. All-optical control of light on a silicon chip. Nature. 2004, 431 (7012): 1081–1084. Bibcode:2004Natur.431.1081A. PMID 15510144. S2CID 4404067. doi:10.1038/nature02921. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Silicon photonics. Springer. 2004. ISBN 3-540-21022-9. 
  5. ^ 5.0 5.1 Silicon photonics: an introduction. John Wiley and Sons. 2004. ISBN 0-470-87034-6. 
  6. ^ 6.0 6.1 Lipson, Michal. Guiding, Modulating, and Emitting Light on Silicon – Challenges and Opportunities. Journal of Lightwave Technology. 2005, 23 (12): 4222–4238. Bibcode:2005JLwT...23.4222L. S2CID 42767475. doi:10.1109/JLT.2005.858225. 
  7. ^ Silicon Integrated Nanophotonics. IBM Research. 11 November 2005 [14 July 2009]. （原始内容存档于9 August 2009）. 
  8. ^ Silicon Photonics. Intel. [14 July 2009]. （原始内容存档于28 June 2009）. 
  9. ^ SPIE. Yurii A. Vlasov plenary presentation: Silicon Integrated Nanophotonics: From Fundamental Science to Manufacturable Technology. SPIE Newsroom. 5 March 2015. doi:10.1117/2.3201503.15. 
  10. ^ Dekker, R; Usechak, N; Först, M; Driessen, A. Ultrafast nonlinear all-optical processes in silicon-on-insulator waveguides (PDF). Journal of Physics D. 2008, 40 (14): R249–R271. Bibcode:2007JPhD...40..249D. S2CID 123008652. doi:10.1088/0022-3727/40/14/r01. 
  11. ^ Butcher, Paul N.; Cotter, David. The elements of nonlinear optics. Cambridge University Press. 1991. ISBN 0-521-42424-0. 
  12. ^ Talebi Fard, Sahba; Grist, Samantha M.; Donzella, Valentina; Schmidt, Shon A.; Flueckiger, Jonas; Wang, Xu; Shi, Wei; Millspaugh, Andrew; Webb, Mitchell; Ratner, Daniel M.; Cheung, Karen C.; Chrostowski, Lukas. Label-free silicon photonic biosensors for use in clinical diagnostics. Kubby, Joel; Reed, Graham T (编). Silicon Photonics VIII 8629. 2013: 862909. S2CID 123382866. doi:10.1117/12.2005832. 
  13. ^ Donzella, Valentina; Sherwali, Ahmed; Flueckiger, Jonas; Grist, Samantha M.; Fard, Sahba Talebi; Chrostowski, Lukas. Design and fabrication of SOI micro-ring resonators based on sub-wavelength grating waveguides. Optics Express. 2015, 23 (4): 4791–803. Bibcode:2015OExpr..23.4791D. PMID 25836514. doi:10.1364/OE.23.004791 可免费查阅. 
  14. ^ Hsieh, I.-Wei; Chen, Xiaogang; Dadap, Jerry I.; Panoiu, Nicolae C.; Osgood, Richard M.; McNab, Sharee J.; Vlasov, Yurii A. Ultrafast-pulse self-phase modulation and third-order dispersion in Si photonic wire-waveguides. Optics Express. 2006, 14 (25): 12380–12387. Bibcode:2006OExpr..1412380H. PMID 19529669. doi:10.1364/OE.14.012380 可免费查阅. 
  15. ^ Zhang, Jidong; Lin, Qiang; Piredda, Giovanni; Boyd, Robert W.; Agrawal, Govind P.; Fauchet, Philippe M. Optical solitons in a silicon waveguide. Optics Express. 2007, 15 (12): 7682–7688. Bibcode:2007OExpr..15.7682Z. PMID 19547096. S2CID 26807722. doi:10.1364/OE.15.007682 可免费查阅. 
  16. ^ Ding, W.; Benton, C.; Gorbach, A. V.; Wadsworth, W. J.; Knight, J. C.; Skryabin, D. V.; Gnan, M.; Sorrel, M.; de la Rue, R. M. Solitons and spectral broadening in long silicon-on- insulator photonic wires. Optics Express. 2008, 16 (5): 3310–3319. Bibcode:2008OExpr..16.3310D. PMID 18542420. doi:10.1364/OE.16.003310 可免费查阅. 
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