리튬 니오베이트 박막 전기광학 변조기의 연구 진행 상황

연구 진행 상황박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기

전기광학 변조기는 광통신 시스템과 마이크로파 광자 시스템의 핵심 소자입니다. 이는 인가된 전기장에 의해 물질의 굴절률이 변화함으로써 자유 공간이나 광 도파관에서 전파되는 빛을 조절합니다. 기존의 리튬 니오베이트(LiNbB)는 이러한 변조기에 사용됩니다.전기광학 변조기본 소자는 벌크 리튬 니오베이트 소재를 전기광학 소재로 사용합니다. 단결정 리튬 니오베이트 소재는 티타늄 확산 또는 양성자 교환 공정을 통해 국부적으로 도핑되어 도파관을 형성합니다. 코어층과 클래딩층의 굴절률 차이가 매우 작아 도파관의 광장 결합 능력이 떨어집니다. 패키지화된 전기광학 변조기의 전체 길이는 일반적으로 5~10cm입니다.

리튬 니오베이트 온 인슐레이터(LNOI) 기술은 리튬 니오베이트 전기광학 변조기의 대형화 문제를 해결하는 효과적인 방법을 제공합니다. 도파관 코어층과 클래딩층 사이의 굴절률 차이가 최대 0.7에 달하여 도파관의 광 모드 결합 능력과 전기광학 제어 효과를 크게 향상시키며, 전기광학 변조기 분야에서 연구의 핵심 주제로 떠오르고 있습니다.

미세가공 기술의 발전으로 LNOI 플랫폼 기반 전기광학 변조기의 개발이 빠르게 진전되어 소형화 및 성능 향상 추세를 보이고 있습니다. 사용되는 도파관 구조에 따라 대표적인 박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기는 직접 식각 도파관 전기광학 변조기, 로딩 하이브리드 변조기 등으로 구분됩니다.도파관 변조기및 하이브리드 실리콘 통합 도파관 전기광학 변조기.

현재, 건식 식각 공정의 개선으로 박막 리튬 니오베이트 도파관의 손실이 크게 감소되었고, 리지 로딩 방식은 높은 식각 공정 난이도 문제를 해결하여 1V 미만의 반파 전압을 갖는 리튬 니오베이트 전기광학 변조기를 구현했습니다. 또한, 성숙한 SOI 기술과의 결합은 광자 및 전자 하이브리드 집적화 추세에 부합합니다. 박막 리튬 니오베이트 기술은 칩 상에 저손실, 소형화 및 넓은 대역폭을 갖는 집적 전기광학 변조기를 구현하는 데 유리합니다. 이론적으로, 3mm 박막 리튬 니오베이트 푸시풀 구조는 다음과 같은 이점을 가질 것으로 예측됩니다.M⁃Z 변조기의3dB 전기광학 대역폭은 최대 400GHz에 도달할 수 있으며, 실험적으로 제작된 리튬 니오베이트 박막 변조기의 대역폭은 100GHz를 약간 넘는 수준으로 보고되었는데, 이는 이론적인 상한선에 훨씬 못 미칩니다. 기본 구조 매개변수 최적화를 통한 성능 향상은 제한적입니다. 향후, 표준 평면 도파관 전극을 분할형 마이크로파 전극으로 설계하는 등 새로운 메커니즘과 구조를 탐구하는 관점에서 변조기의 성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것입니다.

또한, 집적 변조기 칩 패키징 및 레이저, 검출기, 기타 장치와의 온칩 이종 집적화는 박막 리튬 니오베이트 변조기의 미래 발전에 있어 기회이자 도전 과제입니다. 박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기는 마이크로파, 광통신 및 기타 분야에서 더욱 중요한 역할을 수행할 것입니다.