광 변조기의 가장 중요한 특성 중 하나는 변조 속도 또는 대역폭이며, 이는 최소한 사용 가능한 전자 장치만큼 빨라야 합니다.100GHz를 훨씬 넘는 통과 주파수를 갖는 트랜지스터는 이미 90nm 실리콘 기술에서 시연되었으며 최소 피처 크기가 감소함에 따라 속도는 더욱 증가할 것입니다[1].그러나 현재의 실리콘 기반 변조기의 대역폭은 제한되어 있습니다.실리콘은 중심 대칭 결정 구조로 인해 χ(2)-비선형성을 갖지 않습니다.변형된 실리콘의 사용은 이미 흥미로운 결과를 가져왔지만[2], 비선형성으로 인해 아직 실용적인 장치를 허용하지 않습니다.따라서 최첨단 실리콘 광 변조기는 여전히 pn 또는 pin 접합의 자유 캐리어 분산에 의존합니다[3-5].순방향 바이어스 접합은 VπL = 0.36Vmm만큼 낮은 전압 길이 곱을 나타내는 것으로 나타났지만 변조 속도는 소수 캐리어의 역학에 의해 제한됩니다.그럼에도 불구하고 전기 신호의 사전 강조를 통해 10Gbit/s의 데이터 속도가 생성되었습니다[4].대신 역방향 바이어스 접합을 사용하면 대역폭이 약 30GHz로 증가했지만[5,6], 전압 길이 곱은 VπL = 40Vmm로 증가했습니다.불행하게도 이러한 플라즈마 효과 위상 변조기는 원하지 않는 강도 변조도 생성하며 [7] 인가된 전압에 비선형적으로 반응합니다.그러나 QAM과 같은 고급 변조 형식에는 선형 응답과 순수한 위상 변조가 필요하므로 전기 광학 효과(Pockels 효과 [8])를 활용하는 것이 특히 바람직합니다.
2. SOH 접근방식
최근에는 실리콘-유기 하이브리드(SOH) 접근법이 제안되었습니다[9-12].SOH 변조기의 예가 그림 1(a)에 나와 있습니다.이는 광학장을 안내하는 슬롯 도파관과 광학 도파관을 금속 전극에 전기적으로 연결하는 두 개의 실리콘 스트립으로 구성됩니다.전극은 광학 손실을 피하기 위해 광학 모달 필드 외부에 위치합니다[13], 그림 1(b).장치는 슬롯을 균일하게 채우는 전기광학 유기 물질로 코팅되어 있습니다.변조 전압은 금속 전기 도파관에 의해 전달되며 전도성 실리콘 스트립 덕분에 슬롯 전체에서 떨어집니다.결과적인 전기장은 초고속 전기 광학 효과를 통해 슬롯의 굴절률을 변경합니다.슬롯의 폭은 100 nm 정도이므로, 몇 볼트만 있어도 대부분의 재료의 유전체 강도 정도의 매우 강력한 변조 필드를 생성할 수 있습니다.이 구조는 변조 필드와 광학 필드가 모두 슬롯 내부에 집중되어 있기 때문에 높은 변조 효율을 갖습니다(그림 1(b))[14].실제로, 서브 볼트 작동을 갖춘 SOH 변조기의 첫 번째 구현이 이미 나타났으며[11], 최대 40GHz의 정현파 변조가 시연되었습니다[15,16].그러나 저전압 고속 SOH 변조기를 구축할 때의 과제는 전도성이 높은 연결 스트립을 만드는 것입니다.등가 회로에서 슬롯은 커패시터 C로 표시되고 전도성 스트립은 저항 R로 표시될 수 있습니다(그림 1(b)).해당 RC 시간 상수는 장치의 대역폭을 결정합니다 [10,14,17,18].저항 R을 감소시키기 위해 실리콘 스트립을 도핑하는 것이 제안되었습니다[10,14].도핑은 실리콘 스트립의 전도성을 증가시켜(따라서 광학 손실을 증가시킴) 불순물 산란으로 인해 전자 이동도가 손상되기 때문에 추가적인 손실 패널티를 지불하게 됩니다[10,14,19].더욱이, 가장 최근의 제조 시도는 예상외로 낮은 전도성을 보여주었다.
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게시 시간: 2023년 3월 29일