스파티오

컴팩트립(Compuscript Ltd)

이미지: (a) 제작된 절연체의 광학 현미경 이미지; (b) SiN 로드된 LNOI 도파관의 단면; (c) 도파관에 대한 진행파 전극 정렬; 및 (d) 제작된 SiN 로딩 LNOI 도파관의 SEM 이미지.더보기

크레딧: OES

Opto-Electronic Science의 새로운 간행물; DOI 10.29026/oes.2023.220022는 절연체 위의 리튬 니오베이트의 시공간 절연체를 고려합니다.

통합 포토닉스는 칩에서 점점 더 다양한 기능을 호스팅하는 방향으로 발전하고 있습니다. 예로는 정보 처리 및 계산뿐만 아니라 광학 감지 및 거리 측정 애플리케이션이 포함됩니다. 이는 광자 칩이 진정한 자율 장치가 되기 위해 필요한 통합 레이저 광원의 발전을 촉진했습니다. 따라서 온칩 절연도 작동에 해로운 피드백을 억제하는 데 중요합니다.

비가역 광학 장치는 자기 바이어스, 광학 비선형성 및 시공간 변조의 세 가지 방법을 사용하여 실현할 수 있습니다. 자기 바이어싱은 본질적으로 광대역이지만 손실이 많은 자기 광학 재료가 필요합니다. 비선형 비가역 장치는 특정 재료에서 모놀리식으로 달성할 수 있지만 입력 전력에 따라 작동이 복잡합니다. 반대로, 시공간 변조를 활용하는 아이솔레이터는 전력 스케일링 문제가 없으며, 특히 LNOI(리튬 니오베이트 절연체)와 같이 우수한 전기 광학 특성을 갖춘 플랫폼에서 모놀리식으로 쉽게 통합될 수 있습니다.

이 기여에서는 두 개의 계단식 진행파 위상 천이기의 시공간 변조를 사용하여 비가역적 작동을 달성합니다. 변조기와 지연선에 적용되는 마이크로파 신호는 앞으로 전파되는 빛에 대한 효과가 상쇄되어 스펙트럼 특성이 변경되지 않도록 합니다. 그러나 역전파 광전력은 측파대로 스펙트럼적으로 분산되며, 이는 링 공진기 필터에 의해 억제되어 27dB의 광학적 격리를 가능하게 합니다.

넓은 스펙트럼 투명성, 높은 전력 처리 능력, 강력한 비선형 및 전기 광학 특성으로 인해 니오브산 리튬은 수십 년 동안 비선형 광학 및 광섬유 통신의 주요 재료로 남아 있었습니다. 절연체 포토닉스 상의 실리콘과 직접적으로 유사한 박막형 리튬 니오베이트 온 절연체(LNOI)가 상대적으로 최근에 등장함으로써 엄격한 모드 제한을 갖는 니오브산 리튬 도파관을 생성할 수 있게 되었으며, 이는 마찬가지로 웨이퍼 규모의 조밀하게 통합될 수 있습니다. 포토닉스. LNOI에 대한 최근의 눈에 띄는 성과에는 효율적인 전기 광학 주파수 빗과 CMOS 전압 레벨에서 작동하는 변조기가 포함됩니다. 그러나 LNOI 포토닉스에 대한 장기적인 전망은 광범위하며 완전히 통합된 LiDAR, 광학 신경망 또는 RF 신호 처리 장치 등이 포함됩니다. 몇 가지. 이러한 개발을 위한 핵심 전제 조건은 온칩 일관성 광원의 이종 통합 기술입니다. 안정적인 작동을 위해서는 회로의 나머지 부분으로부터 피드백을 격리해야 합니다. 이 문제를 해결하기 위해 RMIT 대학의 Arnan Mitchell 교수 연구팀은 LNOI 도파관 플랫폼에 통합 절연체를 구현했습니다.

그림 1(a)의 현미경 사진에 표시된 해당 장치는 로드된 LNOI 도파관 접근 방식을 사용하여 제작되었으며, 여기서 광 제한을 위한 굴절률 대비는 니오브산 리튬을 에칭하는 것이 아니라 증착된 질화 규소 층을 처리하여 달성됩니다. LNOI 웨이퍼 위에. 아이솔레이터 설계는 두 개의 동일한 진행파 위상 변조기 섹션이 직렬로 연결되고 루핑 지연 라인으로 분리되는 직렬 변조기 접근 방식을 기반으로 합니다. 변조기는 동일한 고조파 신호 주파수에서 구동되지만 위상이 변하여 전방으로 전파되는 빛의 경우 두 변조기가 서로 상쇄되고 1550nm 파장 반송파 빛이 변경되지 않고 장치에서 나옵니다. 반면, 역방향 전파의 경우 지연선과 변조 신호 위상 오프셋에 의해 설정된 이 균형은 유효하지 않으므로 두 변조기의 동작이 누적되어 반송파 에너지를 여러 측파대에 스펙트럼적으로 분산시킵니다. 장치 입력은 반송파 주파수와 일치하지만 변조로 인한 스펙트럼 측파대를 거부하도록 설계된 경마장 공진기를 통해 필터링됩니다.