리튬 니오베이트 박막 전기광학 변조기의 구조 및 성능 소개

구조 및 성능 소개박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기
An 전기광학 변조기다양한 구조, 파장 및 플랫폼을 가진 리튬 니오베이트 박막을 기반으로, 다양한 유형의 성능을 종합적으로 비교 분석하였다.EOM 변조기또한 연구 및 적용에 대한 분석도 포함됩니다.박막 리튬 니오베이트 변조기다른 분야에서.

1. 비공진 공동 박막 리튬 니오베이트 변조기
이러한 유형의 변조기는 리튬 니오베이트 결정의 뛰어난 전기광학 효과를 기반으로 하며 고속 장거리 광통신을 구현하는 데 핵심적인 장치입니다. 주요 구조는 세 가지가 있습니다.
1.1 진행파 전극 MZI 변조기: 이는 가장 일반적인 설계 방식입니다. 하버드 대학교의 론차르(Lončar) 연구팀은 2018년에 고성능 버전을 최초로 개발했으며, 이후 석영 기판 기반의 정전 용량 부하 방식(높은 대역폭을 제공하지만 실리콘 기반과는 호환되지 않음)과 기판 공동화(hollowing)를 통한 실리콘 기반 호환성 확보 등 개선을 통해 67GHz 이상의 고대역폭과 112Gbit/s PAM4와 같은 고속 신호 전송을 구현했습니다.
1.2 접이식 MZI 변조기: 소자 크기를 줄이고 QSFP-DD와 같은 소형 모듈에 적용하기 위해 편광 처리, 교차 도파관 또는 역방향 미세 구조 전극을 사용하여 소자 길이를 절반으로 줄이고 60GHz의 대역폭을 달성합니다.
1.3 단일/이중 편광 코히런트 직교(IQ) 변조기: 고차 변조 방식을 사용하여 전송 속도를 향상시킵니다. 2020년 쑨얏센대학교 차이 연구팀은 최초의 온칩 단일 편광 IQ 변조기를 구현했습니다. 향후 개발될 이중 편광 IQ 변조기는 더욱 향상된 성능을 보여줄 것으로 예상되며, 석영 기판 기반 버전은 단일 파장 전송 속도에서 1.96Tbit/s의 최고 기록을 세웠습니다.

2. 공진 공동형 박막 리튬 니오베이트 변조기
초소형 및 광대역 변조기를 구현하기 위해 다양한 공진 공동 구조를 사용할 수 있습니다.
2.1 광자 결정(PC) 및 마이크로링 변조기: 로체스터 대학교의 린 연구팀은 최초의 고성능 광자 결정 변조기를 개발했습니다. 또한, 실리콘 리튬 니오베이트 이종 집적 및 동종 집적 기반의 마이크로링 변조기도 제안되었으며, 이를 통해 수 GHz의 대역폭을 달성했습니다.
2.2 브래그 격자 공진 공동 변조기: 패브리-페로(FP) 공동, 도파관 브래그 격자(WBG) 및 슬로우 라이트(SL) 변조기를 포함합니다. 이러한 구조는 크기, 공정 허용 오차 및 성능의 균형을 고려하여 설계되었습니다. 예를 들어, 2 × 2 FP 공진 공동 변조기는 110GHz를 초과하는 초광대역을 구현합니다. 결합 브래그 격자 기반의 슬로우 라이트 변조기는 동작 대역폭 범위를 확장합니다.

3. 이종 집적 박막 리튬 니오베이트 변조기
CMOS 기술의 실리콘 기반 플랫폼 호환성과 리튬 니오베이트의 우수한 변조 성능을 결합하는 주요 통합 방법에는 세 가지가 있습니다.
3.1 결합형 이종 집적: 벤조시클로부텐(BCB) 또는 이산화규소와 직접 결합함으로써, 리튬 니오베이트 박막을 실리콘 또는 질화규소 플랫폼으로 전사하여 웨이퍼 레벨의 고온 안정 집적을 구현합니다. 이 변조기는 높은 대역폭(>70GHz, 심지어 110GHz 초과)과 고속 신호 전송 기능을 나타냅니다.
3.2 증착 도파관 재료의 이종 통합: 부하 도파관으로 사용되는 리튬 니오베이트 박막 위에 실리콘 또는 질화실리콘을 증착함으로써 효율적인 전기광학 변조를 구현할 수 있습니다.
3.3 마이크로 전사 인쇄(μTP) 이종 집적: 이 기술은 대규모 생산에 사용될 것으로 기대되는 기술로, 고정밀 장비를 통해 미리 제작된 기능성 소자를 목표 칩에 전사하여 복잡한 후처리 과정을 생략할 수 있습니다. 실리콘 질화물 및 실리콘 기반 플랫폼에 성공적으로 적용되어 수십 GHz의 대역폭을 달성했습니다.

요약하자면, 본 논문은 고성능 및 넓은 대역폭의 비공진 공동 구조 구현에서 소형화된 공진 공동 구조 탐구, 그리고 성숙한 실리콘 기반 광자 플랫폼과의 통합에 이르기까지, 박막 리튬 니오베이트 플랫폼 기반 전기광학 변조기의 기술 로드맵을 체계적으로 제시합니다. 이를 통해 박막 리튬 니오베이트 변조기가 기존 변조기의 성능 한계를 극복하고 고속 광통신을 구현하는 데 있어 엄청난 잠재력과 지속적인 발전을 보여주고 있습니다.