As wireless data traffic increases with the number of mobile devices and capacities of contents, and the demand for high-resolution sensors that can detect aircrafts with small radar cross sections, such as stealth aircrafts and drones, increases, many researchers have actively investigated to utilize the microwave band of tens of gigahertz and the sub-terahertz bands of hundreds of gigahertz. When generating the microwave signals and the terahertz signals, the traditional electronic circuit-based technologies typically have technical limitations in terms of output power, bandwidth, and phase noise due to the limited bandwidth of electronic components, but photonics-based technologies can overcome these limitations because the optical domain with much higher frequencies is utilized. Recently, silicon photonics technologies which re-use silicon-based fabrication processes have been investigated to integrate fiber-based components, which are bulky and hard to be scaled up, and obtain size and weight reduction and scalability. In this thesis, we experimentally verify integration potentials of various microwave/terahertz photonics technologies such as single-sideband modulation, high-frequency microwave signal generation, and terahertz signal generation and wireless communication, using a silicon photonics dual-parallel Mach-Zehnder modulator that is photonic integrated circuits capable of performing a variety of functionalities.
모바일 단말기 수와 컨텐츠 용량이 늘어나며 무선 트래픽이 증가하고, 스텔스기나 드론 같이 레이더 반사 면적이 작은 비행체를 탐지할 수 있는 고 분해능 센서에 대한 수요가 증가함에 따라, 수십 기가헤르츠의 마이크로파 대역과 수백 기가헤르츠의 서브-테라헤르츠 대역을 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 마이크로파와 테라헤르츠 대역의 신호를 발생시킬 때 기존 전자회로 기반 기술은 부품들의 제한적인 대역폭으로 인해 출력 파워, 대역폭, 위상 잡음 등의 측면에서 기술적인 한계점을 갖지만, 포토닉스 기반 기술은 주파수가 훨씬 높은 광 도메인을 활용하기 때문에 이러한 한계들을 극복할 수 있다. 최근에는 크기가 크고 확장성이 작은 광섬유 기반 포토닉스 부품들을 실리콘 기반 공정을 재사용하는 실리콘 포토닉스를 활용해 집적화하여 소형화, 경량화, 확장성을 확보하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 다양한 기능을 수행할 수 있는 집적 광 회로인 실리콘 포토닉스 이중-병렬 마하-젠더 변조기를 이용해 단측파대 변조, 고주파 마이크로파 신호 생성, 테라헤르츠 신호 생성 및 무선 통신 등의 다양한 마이크로파/테라헤르츠 포토닉스 기술들의 집적화 가능성을 실험적으로 검증했다.
