통합 전자 레인지 광자 기술에서 박막 리튬 니오 베이트의 장점과 중요성
마이크로파 광자 기술대규모 작업 대역폭, 강력한 병렬 처리 능력 및 낮은 전송 손실의 장점이 있으며, 이는 전통적인 전자 레인지 시스템의 기술 병목 현상을 깨뜨리고 레이더, 전자전, 통신 및 측정 및 제어와 같은 군사 전자 정보 장비의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 개별 장치를 기반으로 한 마이크로파 광자 시스템에는 대량, 무거운 무게 및 안정성이 좋지 않은 문제가있어 우주 및 공중 플랫폼에서 마이크로파 광자 기술의 적용을 심각하게 제한합니다. 따라서, 통합 전자 레인지 광자 기술은 군사 전자 정보 시스템에서 마이크로파 광자의 적용을 중단하고 마이크로파 광자 기술의 장점에 대한 완전한 놀이를 제공하는 중요한 지원이되고있다.
현재 SI 기반 광자 통합 기술과 INP 기반 광자 통합 기술은 광학 통신 분야에서 수년간의 개발로 인해 점점 더 성숙해졌으며 많은 제품이 시장에 출시되었습니다. 그러나, 마이크로파 광자를 적용하기 위해,이 두 종류의 광자 통합 기술에는 몇 가지 문제가있다 : 예를 들어, Si 변조기 및 INP 변조기의 비선형 전기 광학 계수는 마이크로파 광자 기술에 의해 추구되는 높은 선형성 및 큰 동적 특성과 상반됩니다. 예를 들어, 열 광학 효과, 압전 효과 또는 캐리어 분사 분산 효과에 기초한 광학 경로 스위칭을 실현하는 실리콘 광학 스위치는 느린 스위칭 속도, 전력 소비 및 열 소비의 문제가 있으며, 이는 빠른 빔 스캔 및 대형 어레이 스케일 광자 애플리케이션을 충족시킬 수 없습니다.
리튬 니오 베이트는 항상 고속의 첫 번째 선택이었습니다.전기 광학 조절탁월한 선형 전기 광학 효과로 인해 재료. 그러나 전통적인 리튬 니오 베이트전기 광학 변조기거대한 리튬 니오베이트 크리스탈 재료로 만들어졌으며 장치 크기는 매우 크며 통합 전자 레인지 광자 기술의 요구를 충족시킬 수 없습니다. 리튬 니오 베이트 재료를 선형 전기 광학 계수와 통합 전자 레인지 광자 기술 시스템에 통합하는 방법은 관련 연구원의 목표가되었습니다. 2018 년 미국 하버드 대학교 (Harvard University)의 리서치 팀은 먼저 자연의 박막 리튬 니오 베이트를 기반으로 한 광자 통합 기술을보고했습니다. 기술은 높은 통합, 대형 전기 광학 변조 대역폭 및 전기 광학 효과의 높은 선형성의 장점을 가지고 있기 때문에 일단 출시 된 후 즉시 광자 통합 및 전자 광기 사진의 분야에서 학업 및 산업주의를 초래했습니다. 마이크로파 광자 적용의 관점에서,이 논문은 마이크로파 광자 기술의 개발에 대한 박막 리튬 니오 베이트를 기반으로 광자 통합 기술의 영향과 중요성을 검토합니다.
박막 리튬 니오 베이트 재료 및 박막리튬 니오 베이트 변조기
최근 2 년 동안, 새로운 유형의 리튬 니오 베이트 물질이 등장하고 있습니다. 즉, 리튬 니오 베이트 필름은 "이온 슬라이싱 (Ion Slicing)"의 방법에 의해 거대한 리튬 니오 베이트 크리스탈로부터 각질을 제거하고 Si 웨이퍼에 실리카 완충 층에 결합하여 LNOI (Linbo3-on-iniver) 재료를 형성한다 [5]. 높이가 100 개가 넘는 릿지 도파관은 최적화 된 건식 에칭 공정에 의해 박막 리튬 니오 베이트 재료에 에칭 될 수 있으며, 형성된 도파관의 효과적인 굴절률 차이는 0.8 이상에 도달 할 수있다 (0.02의 전통적인 리튬 니오 베이트 웨이브 가이드의 굴절률 차이보다 훨씬 높다). 변조기를 설계 할 때 필드. 따라서, 더 짧은 길이에서 낮은 반파 전압 및 더 큰 변조 대역폭을 달성하는 것이 좋습니다.
낮은 손실 리튬 니오 베이트 서브 미크론 도파관의 출현은 전통적인 리튬 니오 베이트 전기 광학 변조기의 높은 구동 전압의 병목 현상을 깨뜨린다. 전극 간격은 ~ 5 μm로 감소 될 수 있고, 전기장과 광 모드 필드 사이의 중첩이 크게 증가하고 Vπ · L은 20V · cm에서 2.8 V · cm 미만으로 감소합니다. 따라서, 동일한 반파 전압 하에서, 장치의 길이는 전통적인 변조기와 비교하여 크게 감소 될 수있다. 동시에, 그림에 도시 된 바와 같이, 이동파 전극의 폭, 두께 및 간격의 파라미터를 최적화 한 후, 변조기는 100GHz보다 높은 초고 변조 대역폭의 능력을 가질 수있다.
그림 1 (a) 계산 모드 분포 및 (b) LN 도파관의 단면 이미지
그림 2 (a) 도파관 및 전극 구조 및 (b) LN 변조기의 코어 플레이트
박막 리튬 니오 베이트 변조기와 전통적인 리튬 니오 베이트 상업 조절제, 실리콘 기반 변조기 및 인듐 인산 조절제 (INP) 변조기 및 기타 기존의 고속 전기 광학 조절기와 비교하면, 비교의 주요 파라미터는 다음과 같습니다.
(1) 변조기의 변조 효율을 측정하는 반파 볼트 길이 생성물 (vπ · L, V · cm), 값이 작을수록 변조 효율이 높아집니다.
(2) 3 dB 변조 대역폭 (GHZ). 이는 조절기의 고주파 변조에 대한 응답을 측정하는 것;
(3) 변조 영역의 광학 삽입 손실 (DB). 테이블에서 박막 리튬 니오 베이트 변조기는 변조 대역폭, 반파 전압, 광학 보간 손실 등에 명백한 장점이 있음을 알 수 있습니다.
통합 광전자의 초석 인 실리콘은 지금까지 개발되었으며, 프로세스는 성숙하고, 소형화는 활성/수동 장치의 대규모 통합에 도움이되며, 그 변조기는 광학적 통신 분야에서 널리 연구되었습니다. 실리콘의 전기 광학 조절 메커니즘은 주로 캐리어 고갈, 캐리어 주입 및 캐리어 축적이다. 그중에서도, 변조기의 대역폭은 선형 캐리어 고갈 메커니즘에 최적이지만, 광학 필드 분포는 고갈 영역의 비 불균형성과 겹치기 때문에,이 효과는 빛상의 비선형 2 차 왜곡 용어 및 3 차 상호 변형 왜곡 용어와 3 차 상호 변형 왜곡 용어를 도입 할 것이다.
INP 변조기는 뛰어난 전기 광학 효과를 가지며, 다층 Quantum Well 구조는 Vπ · L의 최대 0.156V · mm의 초고 속도와 낮은 구동 전압 변조기를 실현할 수 있습니다. 그러나 전기장에 따른 굴절률의 변화에는 선형 및 비선형 항이 포함되며 전기장 강도의 증가는 2 차 효과를 두드러집니다. 따라서, 실리콘 및 INP 전기 광학 조절기는 작동 할 때 PN 접합부를 형성하기 위해 편향을 적용해야하며, PN 접합부는 흡수 손실을 빛에 가져옵니다. 그러나,이 두 가지의 변조기 크기는 작고 상업용 INP 변조기 크기는 LN 변조기의 1/4입니다. 고밀도 및 데이터 센터와 같은 단거리 디지털 광학 전송 네트워크에 적합한 높은 변조 효율. 리튬 니오 베이트의 전기 광학 효과는 광 흡수 메커니즘과 낮은 손실이 없으므로 장거리 일관성에 적합합니다.광학 통신대용량과 높은 비율로. 마이크로파 광자 적용에서, Si 및 INP의 전기 광학 계수는 비선형이며, 이는 높은 선형성과 큰 역학을 추구하는 마이크로파 광자 시스템에 적합하지 않다. 리튬 니오 베이트 물질은 완전히 선형 전기 광학 조절 계수로 인해 마이크로파 광자 적용에 매우 적합합니다.
후 시간 : 4 월 22-2024