search
ko한국어
banner
홈페이지 / 소식 / 마이크로콤
소식
pageSearch
최근 뉴스

마이크로콤

Oct 05, 2023Oct 05, 2023

Nature 605권, 457~463페이지(2022)이 기사 인용

27,000회 액세스

38 인용

84 알트메트릭

측정항목 세부정보

마이크로콤은 지난 10년 동안 광통신에서 계측에 이르기까지 다양한 애플리케이션을 촉발시켰습니다1,2,3,4. 다양한 배포에도 불구하고 대부분의 마이크로콤 기반 시스템은 원하는 기능을 수행하기 위해 대량의 부피가 큰 요소와 장비에 의존하며, 이는 복잡하고 비용이 많이 들고 전력을 소비합니다. 대조적으로, 파운드리 기반 실리콘 포토닉스(SiPh)는 확장 가능하고 저렴한 방식으로 다양한 기능을 제공하는 데 놀라운 성공을 거두었지만, 사용 가능한 칩 기반 광원은 병렬화 용량이 부족하여 범위가 제한됩니다. SiPh 애플리케이션의 여기에서는 전력 효율적이고 작동이 간단한 알루미늄-갈륨-비소-온-절연체 마이크로콤 소스를 사용하여 보완적인 금속-산화물-반도체 SiPh 엔진을 구동함으로써 이 두 가지 기술을 결합합니다. 우리는 광학 데이터 전송과 마이크로파 포토닉스를 위한 두 가지 중요한 칩 규모 포토닉스 시스템을 각각 제시합니다. 초당 2테라비트의 집계 속도를 갖는 펄스 진폭 4레벨 변조 방식을 기반으로 하는 마이크로콤 기반 통합 광자 데이터 링크를 시연하고 높은 수준의 통합을 갖춘 고도로 재구성 가능한 마이크로파 광자 필터가 다음을 사용하여 구성됩니다. 시간 확장 접근 방식. 마이크로콤과 SiPh 통합 구성 요소의 이러한 시너지 효과는 차세대 완전 통합 광자 시스템을 향한 필수 단계입니다.

통합 포토닉스는 데이터 통신 및 신호 처리8,9,10에 큰 영향을 미칩니다. 지난 10년 동안 중요한 발전은 마이크로 공진기에 의해 생성된 상호 일관성 있고 등거리 광 주파수 라인을 제공하는 Kerr 마이크로콤의 시연입니다. 최근 시연된 광범위한 마이크로콤 기반 광전자 시스템2,4,13,14,15,16,17,18을 통해 이러한 통합 광원은 통합 포토닉스의 적용 공간을 훨씬 더 넓은 범위로 확장할 수 있는 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 마이크로콤 통합19,20,21,22,23에서 엄청난 진전이 이루어졌음에도 불구하고 마이크로콤 기술을 활용하는 거의 모든 시스템 수준 시연에서 수동 빗 생성기는 여전히 유일한 통합 구성 요소입니다. 빗형 펌핑 레이저, 수동 및 능동 광학 구성 요소, 지원 전자 장치를 포함한 나머지 시스템은 일반적으로 부피가 크고 값비싸며 전력을 소비하는 장비에 의존하므로 통합 포토닉스의 약속된 이점이 약화됩니다.

대조적으로, 실리콘 포토닉스(SiPh) 기술의 발전은 광학 시스템을 소형화할 수 있는 확장 가능하고 저렴한 솔루션을 제공하여 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 호환 제조의 이점을 누릴 수 있습니다. 이러한 '광자 엔진'은 데이터 상호 연결26,27에서 상용화되었으며 다른 분야28,29,30,31에 널리 적용되었습니다. 그러나 파운드리 기반 SOI(silicon-on-insulator) 광자 집적 회로(PIC)에서 누락된 핵심 요소는 다중 파장 소스입니다. 예를 들어, 현재의 최첨단 광자 트랜시버 모듈에는 WDM(파장 분할 다중화)을 위한 8채널 분산 피드백 레이저(DFB) 어레이가 포함되어 있습니다. 이러한 시스템에서 채널 수를 늘리려면 라인 간 간격 안정화 및 조립 작업량 증가와 같은 상당한 설계 노력이 필요합니다. 또한 채널 라인 간의 상호 일관성이 부족하여 정확한 시간-주파수 계측과 같은 많은 응용 프로그램이 제한됩니다.

위에서 언급한 문제를 해결하려면 이 두 기술을 상호 작용하는 것이 필수적이지만 지금까지 그러한 조합은 찾기 어려운 상태로 남아 있습니다. 이전에는 마이크로콤과 기타 광자 구성 요소의 조합이 광학 계산15, 원자 시계4 및 합성기 시스템3에서 잠재력을 보였지만 이러한 통합 시연은 일반적으로 대량 생산에 적합하지 않은 특수 제조 공정에 의존합니다. 더욱이 고성능 개별 광학 및 전자 부품이 필요한 빗 시작33,34 및 안정화 기술35,36은 작동 복잡성과 시스템 크기를 현저하게 증가시킵니다. 하이브리드 또는 이종 레이저-마이크로콤 통합의 최근 발전으로 온칩 빗 생성이 단순화된 방식으로 가능해졌지만 이러한 방식은 처리에 복잡성을 추가합니다. 이러한 어려움은 다중 채널 매치업 및 시스템 운영의 기타 전처리에 대한 추가 비용과 함께 지금까지 기능성 레이저-마이크로콤 시스템의 구현을 방해해 왔습니다.

33-GHz electro-optical bandwidth are used (Fig. 2f). Heaters are used to match up the modulators with the comb channels by thermal tuning (Fig. 2g). A representative result for such phase compensation in a modulator at different channel wavelengths is shown in Fig. 2g (left). To implement on-chip true-time delays, spiral waveguides with adiabatic bends are designed, as shown in Fig. 2h. The deviation of 60-ps delay lines is within 3 ps. Figure 2i shows the germanium (Ge) photodetector (PD) with about 0.5–0.8 A W−1 at different on-chip power levels, and with a saturation power of approximately 20 mW. A microring filter array is used here to control the comb lines individually, as shown in Fig. 2j. A 180-GHz-wide (2 free spectral range (FSR)) channel-selecting range can be obtained with 20-mW heater power (Methods). In addition, the SiPh devices support system-level assembly with electronic integrated chips (Fig. 2k), allowing future integration of low-noise trans-impedance amplifiers and high-speed drivers./p>20-dB main-to-sidelobe suppression ratio) is achieved using the dispersive delay scheme, with a subgigahertz-level filtering BW tunability. The results in Fig. 4e, f show the reconfigurability of RF FSR by modifying the comb line spacing: comb line spacings of 5.6 nm, 2.8 nm and 1.4 nm result in RF filtering response FSRs of 1.8 GHz, 3.6 GHz and 7.2 GHz, respectively. In contrast with other state-of-the-art microcomb-based MPFs using either bulk OSS46,47 or changing soliton states13, this work significantly advances the degree of integration and the reconfiguration speed (about 53 μs; Methods), which are crucial for modern wireless communications and avionic applications./p>10 Tbps by broadening the operation wavelength to the L band and the S band. The performance of the DFB-pumped integrated comb source is mainly limited by the relatively high noise floor of the free-running DFB laser (Methods), which lowers the optical signal-to-noise ratio (OSNR). For the RF filter, a narrower filtering BW (down to subgigahertz) and a higher tuning resolution can be obtained by increasing the number of tap channels used in the finite impulse response configurations43, that is, expansion of the MRA./p>2 million can be obtained in the AlGaAsOI resonator, corresponding to a waveguide loss of <0.3 dB cm−1. The fraction of aluminium is 0.2, which corresponds to a two-photon absorption wavelength of around 1,480 nm. The epitaxial wafer growth was accomplished using molecular-beam epitaxy. A 248-nm deep-ultraviolet stepper was used for the lithography. A photoresist reflow process and an optimized dry etch process were applied in waveguide patterning to minimize waveguide scattering loss. More fabrication details can be found in refs. 52,53. The SiPh PIC, including its Si modulators and Si–Ge PDs, was fabricated on a 200-mm SOI wafer with a Si-layer thickness of 220 nm and a buried oxide layer thickness of 2 μm using CMOS-compatible processes at CompoundTek Pte in a one-to-one 200-mm-wafer run with its standard 90-nm lithography SOI process. The waveguide loss in this SiPh platform is approximately 1.2 dB cm−1 in the C band. In our experiment, lensed fibres with different mode field diameters were selected for the AlGaAsOI and SOI chips; the coupling loss is about 3–5 dB per facet for AlGaAsOI waveguides and about 2–3 dB per facet for Si waveguides./p>30 GHz. The on-chip phase compensation units are MZI-based titanium nitride (TiN) microheaters. The resistance is approximately 200 Ω. The TiN metal layer is about 1 μm above the Si layer, ensuring a heating efficiency of about 20 mW π−1. Meanwhile, a deep trench process is utilized to isolate each microheater to diminish thermal cross-talk. For the on-chip true-time delay line, we adopted a 2-μm-wide multimode Si waveguide for low-loss transmission. Euler curves were used in the spiral waveguide for adiabatic bending. For a 60-ps Si delay line, the total loss is <0.5 dB, with a delay-time variation of <3% among 8 tested devices. For the vertical epitaxial Ge PD, the responsivity declines with the increasing on-chip power. A saturated point of about 20 mW could be reached when the power is further increased. Microring filters employed for WDM could be tuned by microheaters, with which a 180-GHz channel spacing can be obtained under 20-mW power dissipation. The CMOS drivers for signal amplification before injection into the Si MZM (not used in the high-bit-rate (>50 Gbps) signal transmission experiment) show a 3-dB gain BW of about 24 GHz./p>

이전의: Imec, 컴팩트한 파장 시연 다음: 높은 곳을 향해
문의 보내기
보내다