Lítium-tantalát (LTOI) nagy sebességűelektrooptikai modulátor
A globális adatforgalom továbbra is növekszik, ami az új technológiák, például az 5G és a mesterséges intelligencia (AI) széles körű elterjedésének köszönhető, ami jelentős kihívásokat jelent az adó-vevők számára az optikai hálózatok minden szintjén. Pontosabban, a következő generációs elektro-optikai modulátor technológia jelentős mértékben, 200 Gbps-ra növeli az adatátviteli sebességet egyetlen csatornán, miközben csökkenti az energiafogyasztást és a költségeket. Az elmúlt néhány évben a szilícium fotonika technológiát széles körben alkalmazták az optikai adó-vevő piacán, főként annak a ténynek köszönhetően, hogy a szilícium fotonika a kiforrott CMOS eljárással tömegesen is előállítható. A vivődiszperzión alapuló SOI elektro-optikai modulátorok azonban nagy kihívásokkal néznek szembe a sávszélesség, az energiafogyasztás, a szabad vivőabszorpció és a modulációs nemlinearitás terén. Az iparág további technológiai útjai közé tartozik az InP, a vékonyréteg-lítium-niobát LNOI, az elektro-optikai polimerek és más többplatformos heterogén integrációs megoldások. Az LNOI-t tekintik annak a megoldásnak, amely a legjobb teljesítményt tudja elérni az ultra-nagy sebességű és kis teljesítményű modulációban, azonban jelenleg számos kihívást jelent a tömeggyártási folyamat és a költségek tekintetében. A csapat a közelmúltban piacra dobott egy vékonyrétegű lítium-tantalát (LTOI) integrált fotonikus platformot, amely kiváló fotoelektromos tulajdonságokkal és nagyszabású gyártással rendelkezik, amely várhatóan számos alkalmazásban megegyezik a lítium-niobát és szilícium optikai platformok teljesítményével, vagy akár meg is haladja azt. Azonban eddig az alapvető eszközoptikai kommunikáció, az ultra-nagy sebességű elektrooptikai modulátort nem ellenőrizték az LTOI-ban.
Ebben a tanulmányban a kutatók először megtervezték az LTOI elektro-optikai modulátort, amelynek szerkezetét az 1. ábra mutatja. A szigetelőn lévő egyes lítium-tantalát rétegek szerkezetének és a mikrohullámú elektróda paramétereinek megtervezésén keresztül a terjedést sikerült elérni. a mikrohullámú és a fényhullám sebességének megfeleltetése aelektro-optikai modulátorvalósul meg. A mikrohullámú elektróda veszteségének csökkentése szempontjából a kutatók ebben a munkában először javasolták az ezüst használatát jobb vezetőképességű elektródaanyagként, és kimutatták, hogy az ezüstelektróda 82%-ra csökkenti a mikrohullámú veszteséget az előzőhöz képest. széles körben használt aranyelektróda.
FÜGE. 1 LTOI elektro-optikai modulátor felépítése, fázisillesztési tervezés, mikrohullámú elektróda veszteségvizsgálat.
FÜGE. A 2. ábra az LTOI elektrooptikai modulátor kísérleti berendezését és eredményeit mutatja beintenzitás moduláltközvetlen érzékelés (IMDD) az optikai kommunikációs rendszerekben. A kísérletek azt mutatják, hogy az LTOI elektro-optikai modulátor 176 GBd előjelű sebességgel képes továbbítani a PAM8 jeleket, a mért BER 3,8×10⁻² a 25%-os SD-FEC küszöb alatt. Mind a 200 GBd PAM4, mind a 208 GBd PAM2 esetében a BER jelentősen alacsonyabb volt, mint a 15%-os SD-FEC és 7%-os HD-FEC küszöbérték. A 3. ábrán látható szem- és hisztogram teszt eredményei vizuálisan demonstrálják, hogy az LTOI elektro-optikai modulátor nagy linearitású és alacsony bithibaarányú nagy sebességű kommunikációs rendszerekben használható.
FÜGE. 2 Kísérletezzen LTOI elektrooptikai modulátor használatávalIntenzitás moduláltKözvetlen észlelés (IMDD) optikai kommunikációs rendszerben a) kísérleti eszköz; (b) A PAM8 (piros), PAM4 (zöld) és PAM2 (kék) jelek mért bithibaaránya (BER) az előjelarány függvényében; (c) Kivont használható információsebesség (AIR, szaggatott vonal) és kapcsolódó nettó adatsebesség (NDR, folytonos vonal) a 25%-os SD-FEC határérték alatti bithiba-arányú mérésekhez; (d) Szemtérképek és statisztikai hisztogramok PAM2, PAM4, PAM8 moduláció mellett.
Ez a munka az első nagy sebességű LTOI elektro-optikai modulátort mutatja be 3 dB-es, 110 GHz-es sávszélességgel. Az intenzitásmodulációs közvetlen detektálású IMDD átviteli kísérletekben az eszköz 405 Gbit/s-os egyvivős nettó adatátviteli sebességet ér el, ami összemérhető a meglévő elektro-optikai platformok, például az LNOI és a plazmamodulátorok legjobb teljesítményével. A jövőben bonyolultabb felhasználássalIQ modulátorkonstrukciók vagy fejlettebb jelhiba-javító technikák, vagy alacsonyabb mikrohullámú veszteségű hordozók, például kvarc hordozók, lítium-tantalát eszközök várhatóan 2 Tbit/s vagy nagyobb kommunikációs sebességet érnek el. Az LTOI sajátos előnyeivel, mint például az alacsonyabb kettős törés és a más RF szűrőpiacokon való széles körben elterjedt alkalmazásból adódó skálaeffektus kombinálva a lítium-tantalát fotonikai technológia alacsony költségű, alacsony fogyasztású és ultra-nagy sebességű megoldásokat kínál a következő generációs nagy sebességű megoldásokhoz. -sebességű optikai kommunikációs hálózatok és mikrohullámú fotonikai rendszerek.
Feladás időpontja: 2024. december 11