Siliciumfotonica
Waarom wordt in siliciummodulatoren het ladingsdragerdispersie-effect (plasmadispersie-effect) gebruikt om de brekingsindex met een elektrisch signaal te veranderen?
- ASilicium heeft een directe bandovergang, zodat het bij injectie van ladingsdragers sterk licht uitzendt en dat licht de brekingsindex verandert
- BEen verandering van de concentratie elektronen en gaten verandert de brekingsindex niet, maar alleen de lichtabsorptie, wat het eenvoudig hanteerbaar maakt
- CHet siliciumkristal heeft inversiesymmetrie, zodat het Pockels-effect, waarbij de brekingsindex direct door een elektrisch veld verandert, nauwelijks optreedt
Antwoord en toelichting tonen
Antwoord: C. Het siliciumkristal heeft inversiesymmetrie, zodat het Pockels-effect, waarbij de brekingsindex direct door een elektrisch veld verandert, nauwelijks optreedt
In kristallen zoals lithiumniobaat kunnen snelle modulatoren worden gemaakt met het Pockels-effect, waarbij de brekingsindex evenredig met het elektrische veld verandert, maar silicium heeft een inversiesymmetrische kristalstructuur en vertoont dit effect nauwelijks. Daarom wordt het ladingsdragerdispersie-effect benut, waarbij brekingsindex en absorptie veranderen wanneer de concentratie elektronen en gaten (vrije ladingsdragers) verandert. Een hogere concentratie ladingsdragers verlaagt de brekingsindex en verhoogt tegelijk de absorptie. De verandering van de brekingsindex is gering (circa 10⁻³ of minder), zodat de modulator enkele mm lang wordt gemaakt om voldoende faseverandering te verkrijgen. Silicium heeft een indirecte bandovergang.