硅光子与光链接应用优势探讨

在IC芯片领域中为了追求更快的指令周期，因此不断地缩小组件尺寸，相对在系统电路方面的复杂度不断的提升，一来一往之下使得金属线链接在传输时因为电阻与电容产生之延迟效应（RC delay）更加显著，使其操作速度因链接方式而有所限制，同时传输时失真及损耗方面的问题也因此日益严重。相较于电子，光子没有电荷与质量，不容易受到外界因素的干扰，在传输上也有较低的传输损耗及功率消耗。因此为了在速度上有所突破，近年来许多研究团队利用光链接（Optical interconnect）系统来取代电链接（Electrical interconnect）系统，而将光学组件整合入集成电路中形成OEIC（opto-electronic integrated circuits）成为积体光学（Integrated Optics）研究的主流。其中硅光子（silicon photonic）与光链接（Optical interconnects）提供了较低成本的解决方法，也因此逐渐成为许多团队积极研究的一个主题。

在硅光子学中可分成几个大部分光讯号调变器、光讯号切换器、雷射二极管及光讯号接收器、光源耦合技术，而本实验室主要致力于光讯号调变器的研究与设计。在调变器中，调变原理可分成电跟热两种不同机制，分别为电光效应（Electro-optic effect）及热光效应（Thermo-optic effect）。在电光效应又可分为两种不同的形式：一是利用外加电场改变材料之折射率称为Electro-refraction effect，另一则是利用外加电场改变材料之吸收系数称为Electro-absorption effect。在Electro-refraction中有Kerr effect、Pockels effect及free carrier plasma dispersion effect几种不同的效应，由于硅原子的排列为中心对称，所以Pockels effect在硅基板中不存在。在Electro-absorption中则有Franz-Keldysh Effect及Quantum Confirmed Stark Effect两种效应。在热光效应中因材料温度改变同样可造成折射系数或吸收系数改变两种不同的形式，此处将重点放在因温度改变造成吸收系数变化之热光吸收调变器上。
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