GHz 전기-광학 변조 효율 향상

전기-광학 변조는 광 신호 처리 및 레이저 기술의 핵심 요소이나, 평면 광학 기반 포켈스 효과 변조기는 효율과 속도 면에서 벌크 및 집적 플랫폼에 비해 뒤처지는 한계가 있었습니다. 본 연구는 이러한 격차를 해소하고자 높은 품질 계수(최대 8000)를 갖는 리튬 나이오베이트(LiNbO₃) 메타표면을 활용하여 선형 및 비선형 광학 특성의 고속 전기 변조를 성공적으로 구현했습니다. 연구팀은 높은 비선형 감수성과 넓은 투명도(적외선-가시광선)를 가진 LiNbO₃를 기반으로 비대칭적인 1차원 나노와이어 배열을 제작했습니다. 이 메타표면은 0.2 nm 미만의 매우 좁은 선폭을 가진 공진을 보였으며, 이를 통해 효율적인 변조가 가능했습니다. 그 결과, 약 0.1의 반사율 변조와 0.01 V⁻¹ 이상의 변조 효율(인가 전압당 상대 변조)을 달성했습니다. 이는 –3 dB 대역폭에서 약 800 MHz, –6 dB 대역폭에서 1.4 GHz에 이르는 고속 변조 성능을 의미합니다. 또한, 연속파 레이저로 시드된 2차 고조파 강도를 한 자릿수 이상 변조하며 약 0.12 V⁻¹의 높은 변조 효율을 입증했습니다. 이러한 이중 변조 능력은 광학 공진과 전기장 조작 간의 상호작용에 기반하며, 고속 포토닉스, 비선형 광학, 그리고 재구성 가능한 통신 시스템과 같은 최첨단 응용 분야에 상당한 잠재력을 제공할 것으로 기대됩니다.