面向毫米波和太赫兹应用的低损耗光激励二氧化钒开关

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Optically Excited, Low-Loss Vanadium Dioxide Switches for mmWave and Terahertz Applications

　　摘要：我们报告了一种光激发二氧化钒（VO?）开关的设计、仿真、制备和测量，该开关工作频率范围为直流至330 GHz，是已验证的相变材料（PCM）器件中最宽的带宽。PCM开关通常依赖集成的微加热器来激发相变，而微加热器会引入寄生电容，从而降低在毫米波（mmWave）频段下的性能。我们提出以光激发作为微加热器的替代方案，将PCM控制与射频信号完全解耦，并显著提高可实现带宽。在本工作中，基于蓝宝石衬底的VO?单刀单掷开关通过785 nm激光的顶部光学注入进行激发。该开关展现出具有竞争力的10.9 fs品质因数（R_ON/C_OFF），与基于微加热器的PCM开关相比，具有更宽的验证带宽、更低的插入损耗（IL）和更快的转换时间。该开关在覆盖直流至330 GHz的四个频段进行了测量，室温下平均插入损耗为0.8 dB，隔离度（IX）>13.7 dB，回波损耗（RL）>15 dB。此外，我们展示了248 ns（10%–90%）的导通时间和283 ns（90%–10%）的关断时间。2 GHz下的最大功率处理能力在导通状态下为30 dBm，在关断状态下为39 dBm。2 GHz下导通状态的输入三阶截断点（iIP?）为37 dBm，关断状态的反射iIP?在最高50°C时>68 dBm。激发相变所需的最小光学功率为37 mW，对应于光束中心7.9 kW/cm2的功率密度。