더 높은 집적도의 박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기

높은 선형성전기광학 변조기및 마이크로파 광자 응용
통신 시스템에 대한 요구 사항이 증가함에 따라 신호 전송 효율을 더욱 향상시키기 위해 사람들은 광자와 전자를 융합하여 보완적인 이점을 얻을 것이며 마이크로파 포토닉스가 탄생할 것입니다.전기를 빛으로 변환하려면 전기광학 변조기가 필요합니다.마이크로파 광자 시스템, 이 핵심 단계는 일반적으로 전체 시스템의 성능을 결정합니다.무선 주파수 신호를 광 영역으로 변환하는 것은 아날로그 신호 과정이므로 일반적입니다.전기광학 변조기고유한 비선형성이 있으므로 변환 과정에서 심각한 신호 왜곡이 발생합니다.대략적인 선형 변조를 달성하기 위해 변조기의 작동점은 일반적으로 직교 바이어스 지점에 고정되지만 여전히 변조기의 선형성에 대한 마이크로파 광자 링크 요구 사항을 충족할 수 없습니다.선형성이 높은 전기광학 변조기가 시급히 필요합니다.

실리콘 재료의 고속 굴절률 변조는 일반적으로 자유 캐리어 플라즈마 분산(FCD) 효과에 의해 달성됩니다.FCD 효과와 PN 접합 변조는 모두 비선형이므로 실리콘 변조기가 니오브산 리튬 변조기보다 선형성이 떨어집니다.니오브산 리튬 재료는 우수한 성능을 발휘합니다.전기광학 변조퍼커 효과로 인한 특성.동시에, 니오브산 리튬 재료는 넓은 대역폭, 우수한 변조 특성, 낮은 손실, 쉬운 통합 및 반도체 공정과의 호환성, 실리콘에 비해 박막 리튬 니오베이트를 사용하여 고성능 전기 광학 변조기를 만드는 장점이 있습니다. "쇼트 플레이트"가 거의 없으며 높은 선형성을 달성합니다.절연체의 얇은 필름 리튬 니오베이트(LNOI) 전기광학 변조기는 유망한 개발 방향이 되었습니다.니오브산리튬재료 준비기술과 도파로 식각기술의 발전으로 니오브산리튬 전기광학 변조기의 높은 변환효율과 집적도가 국제 학계와 산업계의 화두가 되었다.

박막형 리튬니오브산염의 특성
미국 DAP AR기획에서는 니오브산리튬 재료에 대해 다음과 같은 평가를 내렸습니다. 전자 혁명의 중심이 이를 가능하게 하는 실리콘 재료의 이름을 따서 명명된다면, 포토닉스 혁명의 발상지는 니오브산리튬의 이름을 따서 명명될 가능성이 높습니다. .니오브산리튬은 광학 분야의 실리콘 소재와 마찬가지로 전기광학 효과, 음향광학 효과, 압전 효과, 열전 효과, 광굴절 효과를 하나로 통합한 것이기 때문이다.

광 전송 특성 측면에서 InP 소재는 일반적으로 사용되는 1550nm 대역에서 빛의 흡수로 인해 온칩 전송 손실이 가장 큽니다.SiO2와 질화규소는 최고의 전송 특성을 가지며 손실은 ~ 0.01dB/cm 수준에 도달할 수 있습니다.현재 니오브산리튬 도파로의 도파로 손실은 0.03dB/cm 수준에 도달할 수 있으며, 기술수준의 지속적인 향상으로 니오브산리튬 도파로의 손실은 더욱 감소될 가능성이 있다. 미래.따라서 니오브산리튬박막재료는 광합성경로, 션트, 마이크로링과 같은 수동광구조에 대해 좋은 성능을 보일 것이다.

빛 생성 측면에서 보면 InP만이 빛을 직접 방출할 수 있습니다.따라서, 마이크로파 광자를 응용하기 위해서는 백로딩 용접이나 에피택셜 성장을 통해 LNOI 기반 광자 집적 칩에 InP 기반 광원을 도입하는 것이 필요하다.광 변조 측면에서, 박막 리튬 니오베이트 재료는 InP 및 Si보다 더 큰 변조 대역폭, 더 낮은 반파장 전압 및 더 낮은 전송 손실을 달성하기가 더 쉽다는 것이 위에서 강조되었습니다.더욱이, 박막 리튬 니오베이트 재료의 전기광학 변조의 높은 선형성은 모든 마이크로파 광자 응용에 필수적입니다.

광 라우팅 측면에서 LNOI 기반 광스위치는 니오브산 리튬박막 소재의 고속 전기광학 응답으로 인해 고속 광 라우팅 스위칭이 가능하며, 이러한 고속 스위칭에 따른 전력 소모도 매우 낮다.통합 마이크로파 광자 기술의 일반적인 적용을 위해 광학적으로 제어되는 빔 형성 칩은 빠른 빔 스캐닝 요구 사항을 충족하는 고속 스위칭 기능을 갖추고 있으며 초저전력 소비 특성은 대규모 요구 사항의 엄격한 요구 사항에 잘 적응됩니다. - 규모의 위상 배열 시스템.InP 기반의 광스위치도 고속 광로 전환이 가능하지만, 노이즈가 많이 발생하며, 특히 다레벨 광스위치를 직렬 연결하는 경우 노이즈 계수가 심각하게 저하됩니다.실리콘, SiO2, 질화규소 소재는 열광학 효과나 캐리어 분산 효과를 통해서만 광 경로를 전환할 수 있어 전력 소비가 높고 전환 속도가 느린 단점이 있습니다.위상 배열의 배열 크기가 크면 전력 소비 요구 사항을 충족할 수 없습니다.

광 증폭의 측면에서,반도체 광 증폭기 (SOA) InP 기반은 상업적 용도로 성숙되었지만 잡음 계수가 높고 포화 출력이 낮다는 단점이 있어 마이크로파 광자 응용에 도움이 되지 않습니다.주기적인 활성화 및 반전을 기반으로 하는 니오브산리튬 도파관의 파라메트릭 증폭 공정은 저잡음 및 고출력 온칩 광 증폭을 달성할 수 있으며, 이는 온칩 광 증폭을 위한 통합 마이크로파 광자 기술의 요구 사항을 잘 충족할 수 있습니다.

광검출 측면에서, 니오브산리튬박막은 1550nm 대역의 광에 대한 투과특성이 좋다.광전 변환 기능은 실현될 수 없으므로 마이크로파 광자 애플리케이션의 경우 칩의 광전 변환 요구를 충족하기 위해 필요합니다.InGaAs 또는 Ge-Si 감지 장치는 백로딩 용접 또는 에피택셜 성장을 통해 LNOI 기반 광자 통합 칩에 도입되어야 합니다.광섬유와의 결합 측면에서 광섬유 자체가 SiO2 물질이기 때문에 SiO2 도파관의 모드 필드는 광섬유의 모드 필드와 가장 높은 일치도를 가지며 결합이 가장 편리합니다.강하게 제한된 니오브산리튬 도파로의 모드 필드 직경은 약 1μm로 광섬유의 모드 필드와 상당히 다르기 때문에 광섬유의 모드 필드와 일치하도록 적절한 모드 스폿 변환이 수행되어야 합니다.

통합 측면에서 다양한 재료가 높은 통합 가능성을 갖는지 여부는 주로 도파관의 굽힘 반경(도파관 모드 필드의 제한에 영향을 받음)에 따라 달라집니다.강력하게 제한된 도파관은 더 작은 굽힘 반경을 허용하므로 고집적도 실현에 더욱 도움이 됩니다.따라서 박막 리튬 니오베이트 도파관은 높은 집적도를 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.그러므로 니오브산리튬박막의 출현으로 니오브산리튬재료가 실제로 광학적 “실리콘”의 역할을 할 수 있게 되었다.마이크로파 광자의 응용에 있어서 니오브산리튬박막의 장점은 더욱 분명해진다.