Siliziumphotonik
Warum wird bei Silizium-Modulatoren der Ladungsträger-Dispersionseffekt (Plasmadispersionseffekt) genutzt, um den Brechungsindex mit einem elektrischen Signal zu verändern?
- AWeil Silizium einen direkten Bandübergang hat, bei Ladungsträgerinjektion stark Licht emittiert und dieses Licht den Brechungsindex verändert
- BWeil sich bei Änderung der Elektronen- oder Löcherkonzentration nicht der Brechungsindex, sondern nur die Lichtabsorption ändert, was die Handhabung vereinfacht
- CWeil der Siliziumkristall inversionssymmetrisch ist und der Pockels-Effekt, bei dem ein elektrisches Feld den Brechungsindex direkt ändert, kaum auftritt
Antwort und Erläuterung anzeigen
Antwort: C. Weil der Siliziumkristall inversionssymmetrisch ist und der Pockels-Effekt, bei dem ein elektrisches Feld den Brechungsindex direkt ändert, kaum auftritt
In Kristallen wie Lithiumniobat lassen sich mithilfe des Pockels-Effekts, bei dem sich der Brechungsindex proportional zum elektrischen Feld ändert, schnelle Modulatoren herstellen; Silizium zeigt diesen Effekt jedoch kaum, weil seine Kristallstruktur inversionssymmetrisch ist. Daher nutzt man den Ladungsträger-Dispersionseffekt, bei dem sich Brechungsindex und Absorption mit der Konzentration von Elektronen und Löchern (freien Ladungsträgern) ändern. Mit steigender Ladungsträgerkonzentration sinkt der Brechungsindex, und gleichzeitig nimmt die Absorption zu. Da die Brechungsindexänderung gering ist (etwa 10⁻³ oder weniger), wird der Modulator einige mm lang ausgeführt, um eine ausreichende Phasenänderung zu erzielen. Silizium hat einen indirekten Bandübergang.