가시 광선보다 파장이 길지만 마이크로 웨이브보다 짧은 파장을 갖는 중 적외선은 원격 감지 및 통신 기술에서 많은 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 일본의 연구원들은 중 적외선의 통과를 효과적으로 안내 할 수있는 몇 가지 새로운 광자 구성 요소의 성공적인 작동을 입증했습니다. 이 연구는 더 빠른 인터넷과 이산화탄소와 같은 중요한 분자에 대한 민감한 탐지기로 이어질 수 있습니다. 팀은 미국 캘리포니아 주 애너하임에서 3 월 20 일부터 24 일까지 개최 된 광섬유 통신 컨퍼런스 및 전시회 (OFC)에서 결과를 발표합니다.

연구진은 재료 게르마늄 (ge)으로부터 새로운 구성 요소를 만들었습니다. GeO2는 주기율표의 동일한 열에 있고 유사한 전기 특성을 가지고 있음을 의미하는 그룹 4 반도체입니다. 게르마늄은 중 적외선을 전송하고 안내하는 데 특히 적합한 몇 가지 특성을 가지고 있다고 지앤 강 (Jian Kang) 박사는 말했다. 전기 공학 및 정보 시스템 학부의 takagi-takenaka 그룹의 후보자 인 University of Tokyo, japan.

게르마늄은 중간 적외선 범위에서 높은 광학 투명도를 가지므로 중 적외선이 쉽게 통과 할 수 있습니다. 실리콘에 비해 게르마늄은 광학적으로 흥미로운 여러 가지 특성을 가지고 있습니다. 이것은 더 높은 굴절률을 포함하는데, 이는 빛이 빛을 천천히 통과한다는 것을 의미합니다. 게르마늄은 또한 3 차 비선형 성이 더 크며, 예를 들어 광 빔을 증폭하거나 자체 초점을 맞추기 위해 활용할 수있는 광학 효과를 가지고 있습니다. 그것은 자유 캐리어 효과가 강하기 때문에 전자를 운반하는 전하와 물질 내의 정공이 빛을 변조시키는 것을 의미합니다. 게르마늄은 또한 실리콘보다 강한 열 광학 효과를 가지므로 굴절률을 온도로보다 쉽게 ​​제어 할 수 있습니다.

\"이러한 특성으로 인해 Ge 기반 장치의 성능이 향상되거나 중간 적외선에서 새로운 기능을 구현할 수도 있습니다. 또한 변형 된 Ge와 Gesn 기반의 물질로 만들어진 레이저의 최근 진보는 게르마늄이 광 생성 및 조종 구성 요소를 동일한 포토 닉 칩에 통합하는 데 유망한 재료라고 Kang은 말했다.

kang과 그의 동료들은 격자 커플러, mmi 커플러 및 마이크로 링 공진기를 포함하여 게르마늄으로 만들어진 몇 가지 기본 광 도파관 구성 요소를 설계하고 테스트했습니다. 격자 커플러는 광을 자유 공간에서 도파관으로 효율적으로 결합시키는 데 사용되며, 그 반대의 경우에도 mmi 커플러는 도파관에서 광 신호 처리를위한 라우터 또는 커플러로 사용되며 마이크로 링 공진기는 통과하는 특정 파장의 광을 필터링하는 데 사용됩니다 .

팀이 직면 한 가장 큰 도전은 게르마늄 웨이퍼의 연마와 에칭을 포함하여 디바이스 제조 공정을 제어하는 ​​것이 었습니다.

\"현재 Ge 장비 성능은 최첨단 Si 기반의 성능만큼 좋지 않을 수 있습니다. 중 적외선을위한 Ge 기반 광자 구성 요소의 연구가 상당히 새롭고 최적화에 많은 문제가 남아 있기 때문입니다. 제조 공정 \"이라고 말했다. \"그럼에도 불구하고, 우리는 ge 기반 디바이스가 본질적인 이점을 가지고 있다고 믿는다.\"

중 적외선에서의 게르마늄의 매력적인 광학 특성은 동일한 실리콘 디바이스보다 최적화 된 Ge 도파관이 더 작아서 더 많은 칩이 동일한 공간에 들어갈 수 있다는 것을 의미한다고 강은 지적했다.

이산화탄소와 같은 많은 중요한 분자는 진동 상태를 변화시킬 때 중 적외선에서 빛을 흡수 및 방출하므로 중 적외선 포토닉스가 새로운 센서의 기반이 될 수 있습니다. 캉 박사는 탄소 배출량, 숨은 폭발물, 간 질환 및 암과 같은 건강 상태를 모니터링하고 탐지하는 것이 모두 ge 기반 센서로 가능하다고 주장했다.

ge- 기반 광자 칩은 또한 광섬유 통신의 대역폭을 증가시킬 가능성이있다. \"일반적인 의미에서 인터넷을 훨씬 빠르게 만들 수 있습니다.\"강이 말했다.

지금 당장 강 교수와 그의 동료들은 제조 기술 개선에 노력하고 있습니다. 이후 그들은 광 스위치와 같은 더 많은 장치를 만들고 동일한 칩에 레이저 레이저와 GE 도파관 장치를 통합 할 계획입니다.

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더 자세한 정보 : 프리젠 테이션 : jian kang, xiao yu, mitsuru takenaka 및 shinoichi takagi의 \"mid-infrared photonics를위한 ge-on-insulator에서 ge passive waveguide 구성 요소의 설계 및 특성화\"

제공자 : optical society of america

출처 : phys

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