KR102871979B1

KR102871979B1 - 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 rf 믹서

Info

Publication number: KR102871979B1
Application number: KR1020240140032A
Authority: KR
Inventors: 최우영; 성민혁
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2024-10-15
Filing date: 2024-10-15
Publication date: 2025-10-15
Anticipated expiration: 2044-10-15

Abstract

실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서는 복수의 실리콘 적층부; 및 복수의 금속 적층부;의 적층 구조로 형성되며, 상기 복수의 실리콘 적층부는, 양 단에 광 분배기 및 광 결합기가 각각 연결되고, 상기 금속 적층부는, RF 신호가 도파하는 층인 제1 금속층; LO 신호가 도파하는 층인 제2 금속층; 및 접지가 연결되는 층인 제3 금속층;을 포함한다.

Description

실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서{Photonic RF mixer based on silicon Mach-Zehnder modulator}

본 발명은 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서에 관한 것으로, 특히, 바이어스 의존성을 낮추고 유사한 변환 이득을 유지할 수 있는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서에 관한 것이다.

최근 통신 분야에서 마이크로파와 광파 시스템의 통합이 각광받고 있다. 이러한 통합은 군용, 상업용 차량, 항공 통신 등 다양한 응용 분야에서 유망성을 기대하게 한다. 특히 RF 신호의 광학적 다운 컨버전 또는 업 컨버전을 가능하게 하는 광자 RF 믹서가 주목받고 있으며, 이 기술은 신호 격리, 선형성, 스펙트럼 민첩성 및 효율성을 제공하며, 전자 신호 처리의 대역폭 병목 현상에 대한 해결책을 제시하고 있다.

광자 RF 믹서는 전기 신호를 광신호로 변환하는 중요한 역할을 하는데, 그 중 하나가 마크젠더 변조기(Mach-Zehnder Modulator, MZM)일 수 있다. 기존의 마크젠더 변조기를 사용한 광자 RF 믹서는 RF 신호와 LO(로컬 오실레이터) 신호를 각각의 웨이브 가이드에 입력하는 방식으로 동작한다. 하지만 이러한 방식은 마크젠더 변조기의 바이어스에 따라 IF(중간 주파수) 신호의 출력을 크게 변화시키는 문제점을 가지고 있다.

다시 말해, 종래 기술의 경우 마크젠더 변조기의 바이어스 위치에 따라 IF 신호의 파워가 크게 달라지며, 이는 RF 믹서의 변환 이득이 바이어스에 크게 의존함을 의미하며 이러한 한계로 인해 RF 믹서를 사용하기 위한 바이어스 조절이 복잡하고 비용이 증가하게 된다는 문제점이 존재한다.

한국공개특허공보 제10-2023-0050338호

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 바이어스 의존성을 낮추고 유사한 변환 이득을 유지할 수 있는 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서를 제공하고자 한다.

또, 본 발명의 일 실시예는, RF 신호와 LO 신호가 각각의 금속층에서 안정적으로 도파될 수 있어 바이어스 조절이 용이한 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, RF 신호와 LO 신호의 하모닉 성분이 발생하더라도 마크젠더 변조기의 광 바이어스의 영향을 덜 받게 되어, 더욱 신뢰성 있는 신호 출력을 제공할 수 있는 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서를 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서가 제공된다. 상기 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서는 복수의 실리콘 적층부; 및 복수의 금속 적층부;의 적층 구조로 형성되며, 상기 복수의 실리콘 적층부는, 양 단에 광 분배기 및 광 결합기가 각각 연결되고, 상기 금속 적층부는, RF 신호가 도파하는 층인 제1 금속층; LO 신호가 도파하는 층인 제2 금속층; 및 접지가 연결되는 층인 제3 금속층;을 포함한다.

상기 복수의 실리콘 적층부는, N으로 도핑된 실리콘 층인 제1 실리콘 층; P로 도핑된 실리콘 층인 제2 실리콘 층; 및 상기 제1 실리콘 층 및 상기 제2 실리콘 층이 서로 맞닿는 면을 이용하여 광 도파로를 형성하는 제3 실리콘 층;을 포함하며, 상기 제3 실리콘 층이 상기 양 단에 상기 광 분배기 및 상기 광 결합기가 각각 연결될 수 있다.

상기 제1 실리콘 층은, 실리콘에 5족 불순물을 혼합하여 형성되며, 상기 제2 실리콘 층은 실리콘에 3족 불순물을 혼합하여 형성하도록 형성되고, 상기 실리콘 적층부는, 제1 실리콘 층-제2 실리콘 층-제1 실리콘 층의 형태인 NPN 형식 또는 제2 실리콘 층-제1 실리콘 층-제2 실리콘 층의 형태인 PNP 형식으로 적층될 수 있다.

상기 실리콘 적층부가 상기 NPN 형식인 경우, 상기 제1 금속층은, 첫번째 상기 제1 실리콘 층의 상부측에 구비되고, 상기 실리콘 적층부가 상기 PNP 형식인 경우, 상기 제1 금속층은, 첫번째 상기 제2 실리콘 층의 상부측에 구비되며, 상기 제1 금속층은 하부에 위치하는 실리콘 층과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

상기 실리콘 적층부가 상기 NPN 형식인 경우, 상기 제2 금속층은 첫번째 상기 제1 실리콘 층과 상기 제2 실리콘 층 사이에 구비되고, 상기 실리콘 적층부가 상기 PNP 형식인 경우, 상기 제2 금속층은 첫번째 상기 제2 실리콘 층과 상기 제1 실리콘 층 사이에 구비되며, 상기 제2 금속층은, 하부에 위치하는 실리콘 층과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

상기 제1 금속층에는 RF 신호만 입력되며, 상기 제2 금속층에는 DC 전압 및 LO 신호가 동시에 입력될 수 있도록 상기 제2 금속층의 일 측에 바이어스타가 연결될 수 있다.

상기 실리콘 적층부가 상기 NPN 형식인 경우, 상기 제3 금속층은 두번째 상기 제1 실리콘층의 상부에 구비되고, 상기 실리콘 적층부가 상기 PNP 형식인 경우, 상기 제3 금속층은 두번째 상기 제2 실리콘층의 상부에 구비되며, 상기 제3 금속층은, 하부에 위치하는 실리콘 층과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

상기 제3 금속층은, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층 사이에 더 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서는 바이어스 의존성을 낮추고 유사한 변환 이득을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서는 RF 신호와 LO 신호가 각각의 금속층에서 안정적으로 도파될 수 있어 바이어스 조절이 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서는 RF 신호와 LO 신호의 하모닉 성분이 발생하더라도 마크젠더 변조기의 광 바이어스의 영향을 덜 받게 되어, 더욱 신뢰성 있는 신호 출력을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 마크젠더 변조기를 사용한 광자 RF 믹서의 (a) 예시도 및 (b) 바이어스에 따른 IF 신호의 변화 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서의 예시도이다.
도 3은 도 2의 마크젠더 변조기의 단면 확대도이다.
도 4는 도 2의 간단 다이어그램이다.
도 5는 PN 접합의 전압 의존성 커패시턴스로 인해 발생되는 RF 신호와 LO 신호의 하모닉 신호를 나타내는 시뮬레이션 결과도이다.
도 6은 광자 RF 믹서의 출력 IF 파워 및 마크젠더 변조기의 bias에 따른 IF 파워의 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서의 일 실시예가 도시되고 있다. 도 1은 종래의 마크젠더 변조기를 사용한 광자 RF 믹서의 (a) 예시도 및 (b) 바이어스에 따른 IF 신호의 변화 그래프이고, 도 2는 본 발명의 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서의 예시도이며, 도 3은 도 2의 마크젠더 변조기의 단면 확대도이고, 도 4는 도 2의 간단 다이어그램이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 마크젠더 변조기를 사용한 광자 RF 믹서의 (a) 예시도 및 (b) 바이어스에 따른 IF 신호의 변화 그래프이다. 기존의 마크젠더 변조기를 사용한 광자 RF 믹서는 도 1a에 도시된 바와 같이 마크젠더 변조기가 가지는 두 개의 arm웨이브 가이드에 원하는 RC 신호와 다운 컨버젼(Down Conversion) 또는 업 컨버젼을 위한 LO 신호를 각 arm 웨이브가이드에 입력하는 방식을 사용하거나, 두 개의 마크젠더 변조기를 동시에 사용하여 하나의 마크젠더 변조기에는 RF 신호를, 다른 하나의 LO 신호를 입력하는 방식을 사용한다.

하지만 이러한 방식들은 도 1b에 도시된 바와 같이 마크젠더 변조기의 bias의 위치에 따라 컨버젼(conversion) 후 IF 신호의 파워가 크게 달라지게 된다. 도 1b의 (b)는 마크젠더 변조기의 광학적 바이어스가 쿼드라춰(quadrature) 지점일 때 각 신호의 파워를 나타내며, 도 1b의 (d)는 마크젠더 변조기의 광학적 바이어스가 피크(peak) 또는 널(null) 지점일 때의 각 신호의 파워를 나타낸다.

즉 도 1b를 참조하면, IF 신호는 광학적 바이어스에 따라 큰 차이를 가지며, 이는 다시 말해 RF 믹서의 컨버젼 게인(conversion gain)의 차이가 마크젠더 변조기의 광학적 바이어스에 대한 의존성이 크다고 해석될 수 있다.

따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서를 제안하며, 이를 통해 광학적 바이어스에 대한 의존성을 감소시킴과 동시에 기존의 방식과 유사한 컨버젼 게인을 가지는 마크젠더 변조기의 구조를 사용하는 광자 RF 믹서에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 실리콘 적층부(11) 및 복수의 금속 적층부(13)의 적층 구조로 형성된다.

복수의 실리콘 적층부(11)는 3개의 실리콘 층이 적층되어 형성되며, 보다 구체적으로는 제1 실리콘 층(111), 제2 실리콘 층(113) 및 제3 실리콘 층(115)을 포함하도록 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 실리콘 적층부(11)는 N으로 도핑된 실리콘 층과 P로 도핑된 실리콘 층, 이 둘로 이루어지는 광 도파로(Waveguide)로 형성되며, 양 단에 광 입출력단을 포함할 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예가 마크젠더 변조기의 형태를 가지기 때문에 광 도파로의 양 단에 광 분배기와 광 결합기(또는 커플러)가 구비되어야 하기 때문이다.

제1 실리콘 층(111)은 N으로 도핑된 실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 실리콘 층(111)은 N으로 도핑되기 위해 실리콘에 5족 불순물(인, 비소 등)을 혼합하여 형성된 혼합 실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다.

제2 실리콘 층(113)은 P로 도핑된 실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 실리콘 층(113)은 P로 도핑되기 위해 실리콘에 3족 불순물(붕소 등)을 혼합하여 형성된 혼합 실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다.

제3 실리콘 층(115)은 제1 실리콘 층(111) 및 제2 실리콘 층(113)이 서로 맞닿는 면을 이용하여 형성되는 광 도파로로 정의될 수 있다. 제1 실리콘 층(111)과 제2 실리콘 층(113)은 각각 N 및 P로 도핑되기 때문에 굴절율의 차이가 발생하고, 따라서, 두 층이 맞닿는 부분의 광 도파로는 본 발명의 일 실시예에서 제3 실리콘 층(115)으로 정의될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 제3 실리콘 층(115)의 양 단에는 광 분배기(1151) 및 광 결합기(1153)가 각각 연결되도록 형성될 수도 있다. 이는 상술한 바와 같이 본 발명이 마크젠더 변조기의 형태를 가지기 때문이다.

상술한 제1 내지 제3 실리콘 층(111 내지 115)이 적층되어 형성되는 복수의 실리콘 적층부(11)는, 적층 순서에 따라 그 형식이 NPN 형식 또는 PNP 형식으로 본 발명을 구성하도록 형성될 수도 있다.

NPN 형식은 N-P-N 순서로 실리콘 층이 적층되는 형식을 의미하며 본 발명에서는 상술한 바와 같이 제1 실리콘 층(111)이 N 형식으로 도핑되고, 제2 실리콘 층(113)이 P 형식으로 도핑되기 때문에, 제1 실리콘 층(111)-제2 실리콘 층(113)-제1 실리콘 층(111)으로 적층되는 구조를 의미한다. 이때, 제3 실리콘 층(115)은 두 개가 형성될 수 있다.

PNP 형식은 P-N-P 순서로 실리콘 층이 적층되는 형식을 의미하며 본 발명에서는 상술한 바와 같이 제1 실리콘 층(111)이 N 형식으로 도핑되고, 제2 실리콘 층(113)이 P 형식으로 도핑되기 때문에, 제2 실리콘 층(113)-제1 실리콘 층(111)-제2 실리콘 층(113)으로 적층되는 구조를 의미한다. 이때, 제3 실리콘 층(115)은 두 개가 형성될 수 있다.

복수의 금속 적층부(13)는 3개의 금속층이 적층되어 형성되며, 보다 구체적으로는 제1 금속층(131), 제2 금속층(133) 및 제3 금속층(135)을 포함하도록 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 금속 적층부(13)는 RF 신호가 도파하는 금속층과 LO 신호가 도파하는 금속층 및 접지가 연결되는 금속층을 포함하도록 형성될 수 있다.

제1 금속층(131)은 RF 신호가 도파하는 층으로 정의된다.

제2 금속층(133)은 LO 신호가 도파하는 층으로 정의될 수 있다.

제3 금속층(135)은 접지가 연결되도록 형성될 수 있다. 제3 금속층은 RF 신호와 LO 신호가 금속층에서 안정적으로 도파될 수 있도록 접지를 담당할 수 있다.

또, 본 발명의 금속 적층부(13)는 실리콘 적층부(11)의 형식에 따라 그 적층 구조가 변경될 수 있다. 상술한 바와 같이 실리콘 적층부(11)는 NPN 형식 또는 PNP 형식으로 형성된다.

먼저, 실리콘 적층부(11)가 NPN 형식으로 형성되는 경우, 본 발명의 제1 금속층(131)은 첫번째 N 실리콘 층 위에 존재하도록 형성된다. 다시 말해, 본 발명의 제1 금속층(131)은 첫번째 제1 실리콘 층(111)의 상부에 구비될 수 있다. 본 발명의 제1 금속층(131)은 첫번째 제1 실리콘 층(111)과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

또, 본 발명의 제2 금속층(133)은 P 실리콘 층 위에 존재하도록 형성되며, 구체적으로 제2 금속층(133)은 제2 실리콘 층(113)의 상부에 구비될 수 있다. 본 발명의 제2 금속층(133)은 제2 실리콘 층(113)과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 금속층(135)은 두번째 N 실리콘 층 위에 존재하도록 형성되며 구체적으로 제3 금속층(135)은 두번째 제1 실리콘 층(111)의 상부에 구비될 수 있다. 본 발명의 제3 금속층(135)은 두번째 제1 실리콘 층(111)과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

나아가, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제3 금속층(135)은 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(133) 사이에 더 구비될 수 있으며, 필요에 따라 추가적으로 더 구비될 수도 있다.

다른 실시예에서 실리콘 적층부(11)가 PNP 형식으로 형성되는 경우, 본 발명의 제1 금속층(131)은 첫번째 P 실리콘 층 위에 존재하도록 형성된다. 다시 말해, 본 발명의 제1 금속층(131)은 첫번째 제2 실리콘 층(113)의 상부에 구비될 수 있다. 본 발명의 제1 금속층(131)은 첫번째 제2 실리콘 층(113)과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

또, 본 발명의 제2 금속층(133)은 N 실리콘 층 위에 존재하도록 형성되며, 구체적으로 제2 금속층(133)은 제1 실리콘 층(111)의 상부에 구비될 수 있다. 본 발명의 제2 금속층(133)은 제1 실리콘 층(111)과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 금속층(135)은 두번째 P 실리콘 층 위에 존재하도록 형성되며 구체적으로 제3 금속층(135)은 두번째 제2 실리콘 층(113)의 상부에 구비될 수 있다. 본 발명의 제3 금속층(135)은 두번째 제2 실리콘 층(113)과 금속 컨택트로 연결될 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서(1)는 아래와 같은 방식으로 동작한다.

먼저, 본 발명의 광자 RF 믹서(1)는 광신호를 레이저를 이용하여 획득하고, 레이저를 이용하여 광신호를 획득하면, 광자 RF 믹서(1)는 LO 신호가 도파하는 금속층의 DC 전압 입력부를 이용하여 NPN 또는 PNP 형식의 실리콘 적층부(11)에 역바이어스가 걸릴 수 있는 임의의 DC 전압을 획득한다.

또, 제2 금속층(133)의 LO 신호 입력부를 이용하여 LO 신호를 입력 받고, 제1 금속층(131)의 RF 신호 입력부를 이용하여 RF 신호를 입력 받은 후, 이를 광 출력단을 통해 출력하도록 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서(1)는 획득하는 DC 전압을 이용하여 NPN 또는 PNP 형식의 실리콘 적층부(11)의 PN 접합에 역 바이어스가 걸리게 된다.

또, 실리콘 층의 첫번째 PN 접합이 RF 신호와 LO 신호의 영향을 모두 받게 되며, 이때 PN 접합은 비선형적 전압 의존성 커패시터이므로, RF 신호 및 LO 신호의 하모닉 성분이 발생하게 된다. 이 신호는 마크젠더 변조기의 광 바이어스의 영향을 받지 않는 신호이다.

여기서 하모닉 신호의 성분이 마크젠더 변조기의 광 출력으로 나타나게 되고, 이는 광 RF 믹서의 역할을 수행할 수 있다.

도 5는 PN 접합의 전압 의존성 커패시턴스로 인해 발생되는 RF 신호와 LO 신호의 하모닉 신호를 나타내는 시뮬레이션 결과도이고, 도 6은 광자 RF 믹서의 출력 IF 파워 및 마크젠더 변조기의 bias에 따른 IF 파워의 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과도이다.

상술한 동작 원리에 대하여 구체적인 시뮬레이션을 수행한 결과가 도 5 및 도 6에 도시되고 있다.

도 5는 RF 신호와 LO 신호가 입력된 후, 첫 번째 PN 전압에서 발생되는 전기 신호를 퓨리에 변환을 통해 주파수 영역에서 확인한 결과이다. 도 5를 확인하면, 해당 전기 신호는 RF 신호와 LO신호의 하모닉 성분을 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다.

또, 도 6은 RF 신호와 LO 신호가 입력될 때 기존 마크젠더 변조기의 출력 IF 신호 파워(붉은색)와 본 발명의 마크젠더 변조기를 사용한 광자 RF 믹서의 출력 IF 신호 파워(푸른색)을 비교한 결과이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 광자 RF 믹서의 파워가 기존 마크젠더 변조기에 비해 민감도가 바이어스에 대한 민감도가 낮은 것을 확인할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서
11: 실리콘 적층부
13: 금속 적층부
111: 제1 실리콘 층
113: 제2 실리콘 층
115: 제3 실리콘 층
131: 제1 금속층
133: 제2 금속층
133: 제3 금속층
1151: 광 분배기
1153: 광 결합기

Claims

복수의 실리콘 적층부; 및
복수의 금속 적층부;의 적층 구조로 형성되며,
상기 복수의 실리콘 적층부는, 양 단에 광 분배기 및 광 결합기가 각각 연결되고,
상기 금속 적층부는, RF 신호가 도파하는 층인 제1 금속층; LO 신호가 도파하는 층인 제2 금속층; 및 접지가 연결되는 층인 제3 금속층;을 포함하고,
상기 실리콘 적층부는, N으로 도핑된 실리콘 층인 제1 실리콘 층; P로 도핑된 실리콘 층인 제2 실리콘 층; 및 상기 제1 실리콘 층 및 상기 제2 실리콘 층이 서로 맞닿는 면을 이용하여 광 도파로를 형성하는 제3 실리콘 층;을 포함하며,
상기 실리콘 적층부는, 제1 실리콘 층-제2 실리콘 층-제1 실리콘 층의 형태로써 제2 실리콘 층 양 측에 제3 실리콘 층이 형성되는 NPN 형식 또는 제2 실리콘 층-제1 실리콘 층-제2 실리콘 층의 형태로써 제1 실리콘 층 양 측에 제3 실리콘 층이 형성되는 PNP 형식으로 적층되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 1항에 있어서,
상기 제3 실리콘 층이 상기 양 단에 상기 광 분배기 및 상기 광 결합기가 각각 연결되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 2항에 있어서,
상기 제1 실리콘 층은,
실리콘에 5족 불순물을 혼합하여 형성되며,
상기 제2 실리콘 층은,
실리콘에 3족 불순물을 혼합하여 형성하도록 형성되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 3항에 있어서,
상기 실리콘 적층부가 상기 NPN 형식인 경우,
상기 제1 금속층은, 첫번째 상기 제1 실리콘 층의 상부측에 구비되고,
상기 실리콘 적층부가 상기 PNP 형식인 경우,
상기 제1 금속층은, 첫번째 상기 제2 실리콘 층의 상부측에 구비되며,
상기 제1 금속층은 하부에 위치하는 실리콘 층과 금속 컨택트로 연결되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 4항에 있어서,
상기 실리콘 적층부가 상기 NPN 형식인 경우,
상기 제2 금속층은 상기 제2 실리콘 층의 상부측에 구비되고,
상기 실리콘 적층부가 상기 PNP 형식인 경우,
상기 제2 금속층은 상기 제1 실리콘 층의 상부측에 구비되며,
상기 제2 금속층은, 하부에 위치하는 실리콘 층과 금속 컨택트로 연결되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 5항에 있어서,
상기 제1 금속층에는 RF 신호만 입력되며,
상기 제2 금속층에는 DC 전압 및 LO 신호가 동시에 입력될 수 있도록 상기 제2 금속층의 일 측에 바이어스티(Bias Tee)가 연결되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 6항에 있어서,
상기 실리콘 적층부가 상기 NPN 형식인 경우,
상기 제3 금속층은 두번째 상기 제1 실리콘층의 상부에 구비되고,
상기 실리콘 적층부가 상기 PNP 형식인 경우,
상기 제3 금속층은 두번째 상기 제2 실리콘층의 상부에 구비되며,
상기 제3 금속층은, 하부에 위치하는 실리콘 층과 금속 컨택트로 연결되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.
제 7항에 있어서,
상기 제3 금속층은, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층 사이에 더 구비되는, 실리콘 마크젠더 변조기 기반 광자 RF 믹서.