Photonic Integrated Circuits

Acronym: PIC or PLC = planar lightwave circuit Acrónimo: PIC o PLC = circuito Lightwave plana Definition : integrated circuits with optical functions Circuitos integrados Definición: con funciones ópticas Photonic integrated circuits (also called planar lightwave circuits = PLC or integrated optoelectronic devices) are devices on which several or even many optical (and often also electronic) components are integrated. The technology of such devices is called integrated optics . Photonic integrated circuits are usually fabricated with a wafer-scale technology (involving lithography) on substrates (often called chips) of silicon, silica, or a nonlinear crystal material such as lithium niobate (LiNbO 3 ). The substrate material already determines a number of features and limitations of the technology: Circuitos fotónicos integrados (también llamados circuitos planos Lightwave = PLC o integrados dispositivos optoelectrónicos) son dispositivos en los que están integrados varios o incluso muchos óptica (ya menudo también electrónico) componentes. La tecnología de estos dispositivos se denomina óptica integrada. Circuitos fotónicos integrados suelen fabricados con una tecnología de escala de obleas (con la participación de litografía) sobre sustratos (a menudo llamados chips) de silicio, silicio, o un material de cristal no lineal como Niobato de litio (Linbo 3). El material del sustrato determina ya una serie de características y limitaciones de la tecnología:     * Silica-on-silicon integrated optics builds on silicon wafers, for which many aspects of the powerful microelectronics technology can be used. Silica waveguides allow the realization of couplers, filters (eg for multiplexers and demultiplexers in wavelength division multiplexing technology), power splitters and combiners, and even active elements with optical gain . They can also be connected to optical fibers . De sílice en la óptica de silicio integrado se basa en obleas de silicio, por lo que muchos aspectos de la poderosa tecnología microelectrónica se pueden utilizar. Guías de onda de sílice permiten la realización de acopladores, filtros (por ejemplo, multiplexores y demultiplexores en la división de longitud de onda de la tecnología de multiplexación), divisores de potencia y combinadores, e incluso elementos activos con ganancia óptica. También se puede conectar a las fibras ópticas.     * An area of strong current interest is silicon photonics , where photonic functions are implemented directly on silicon chips. Un área de interés actual de fuerte es la fotónica de silicio, donde las funciones fotónicos son aplicadas directamente en los chips de silicio.     * Waveguides can be fabricated on silica glass (fused silica) eg with lithographic techniques involving chemical processing or indiffusion of dopants, or with laser micromachining. The latter techniques can be used for fabricating waveguides far below the surface (embedded waveguides), so that three-dimensional circuit designs become possible. Amplifiers and lasers can be made by using rare-earth-doped glasses . Guías de ondas pueden ser fabricados en cristal de silicio (sílice fundida) por ejemplo, con las técnicas litográficas consistentes en la transformación química o indiffusion de dopantes, o con micro láser. Las técnicas de este último puede ser utilizado para la fabricación de guías de onda por debajo de la superficie (integrado guías de onda), de modo que las tres diseños de circuitos tridimensionales se hacen posibles. amplificadores y láseres se pueden hacer mediante el uso de las tierras raras gafas de dopado.     * Lithium niobate (LiNbO 3 ) as a nonlinear crystal material is suitable for devices performing nonlinear functions, for example electro-optic modulators or acousto-optic transducers. Waveguides can be fabricated on lithium niobate substrates eg via proton exchange or by indiffusion of titanium, in any case controlled by a lithographic method. Doping with rare earth ions makes possible amplifiers and lasers . The birefringence of this material creates opportunities for polarization control, which may then be used eg for filtering purposes. On the other hand, the birefringence makes it more difficult to obtain polarization-independent devices, as are often required for optical fiber communications . Niobato de litio (Linbo 3) como un material de cristal no lineal es adecuado para los dispositivos que desempeñan funciones no lineales, para electro ejemplo moduladores óptica o acústica transductores ópticos. Guías de Ondas pueden ser fabricados en Niobato litio sustratos por ejemplo a través de intercambio de protones o indiffusion de titanio, en cualquier caso, controlado por un método litográfico. dopaje con iones de tierras raras hace amplificadores posible y láseres. La birrefringencia de este material crea oportunidades para el control de la polarización, que puede entonces ser utilizada por ejemplo para el filtrado de los propósitos. Por otra parte, la birrefringencia hace más difícil de obtener la polarización de dispositivos independientes, como a menudo se requiere para las comunicaciones de fibra óptica. Photonic integrated circuits can either host large arrays of identical components, or contain complex circuit configurations. However, for various reasons the complexity achievable is not nearly as high as for electronic integrated circuits. Their main application is in the area of optical fiber communications , particularly in fiber-optic networks , but they can also be used for, eg, optical sensors and in metrology . Circuitos fotónicos integrados puede acoger grandes series de componentes idénticos, o que contienen configuraciones de circuitos complejos. Sin embargo, por diversas razones, la complejidad alcanzable no es tan alto como para circuitos electrónicos integrados. Su aplicación principal es en el área de comunicaciones de fibra óptica, en particular en redes de fibra óptica, pero también puede ser utilizado para, por ejemplo, sensores ópticos y de metrología. An important distinction is that between devices with smaller or larger mode areas: Una distinción importante es que entre los dispositivos con áreas de modo más o menos grandes:     * Some waveguides (eg made in silicon-on-insulator technology) exhibit strong confinement, leading to small effective mode areas and allowing for tight bends without excessive bend losses . They are therefore potentially suitable for chips with a very high level of integration. However, such devices are essentially always polarization dependent, having a strong built-it birefringence . Polarization-insensitive designs would be possible in principle, but would introduce unrealistic fabrication tolerances. Algunas guías de ondas (por ejemplo, fabricados en silicio sobre aislante de tecnología) muestran el confinamiento fuerte, dando lugar a pequeñas áreas de modo eficaz y permitiendo curvas cerradas sin un exceso de doblar las pérdidas. Por lo tanto, son susceptibles de chips con un alto nivel de integración. Sin embargo, tales dispositivos son esencialmente dependientes de la polarización siempre, con un fuerte construido-que birrefringencia. polarización diseños insensible sería posible en principio, sino que introduciría tolerancias de fabricación de poco realista.     * Other waveguides exhibit much weaker guidance and can be made in polarization-insensitive form. However, such waveguides do not allow tight bends and thus prevent a high level of integration. Otras guías de onda de exposición mucho más débil de orientación y se puede hacer en la polarización de forma insensible. Sin embargo, las guías de onda en que no permiten curvas cerradas y evitar así un alto nivel de integración.