Lítium-tantalát (LTOI) nagy sebességűelektrooptikai modulátor
A globális adatforgalom folyamatosan növekszik az olyan új technológiák széles körű elterjedése miatt, mint az 5G és a mesterséges intelligencia (MI), ami jelentős kihívások elé állítja az adó-vevőket az optikai hálózatok minden szintjén. Konkrétan a következő generációs elektrooptikai modulátor technológia jelentősen, 200 Gbps-ra növeli az adatátviteli sebességet egyetlen csatornán, miközben csökkenti az energiafogyasztást és a költségeket. Az elmúlt években a szilícium-fotonikai technológiát széles körben alkalmazzák az optikai adó-vevő piacon, főként annak köszönhetően, hogy a szilícium-fotonika tömeggyártása lehetséges az érett CMOS eljárással. Azonban a vivődiszperzión alapuló SOI elektrooptikai modulátorok nagy kihívásokkal néznek szembe a sávszélesség, az energiafogyasztás, a szabad vivőelnyelés és a modulációs nemlinearitás tekintetében. Az iparágban alkalmazott egyéb technológiai útvonalak közé tartozik az InP, a vékonyrétegű lítium-niobát LNOI, az elektrooptikai polimerek és más többplatformos heterogén integrációs megoldások. Az LNOI-t tartják a legjobb teljesítményt nyújtó megoldásnak az ultragyors és alacsony fogyasztású modulációban, azonban jelenleg kihívásokkal néz szembe a tömeggyártási folyamat és a költségek tekintetében. A csapat nemrégiben piacra dobott egy vékonyrétegű lítium-tantalát (LTOI) integrált fotonikus platformot, amely kiváló fotoelektromos tulajdonságokkal és nagymértékű gyártással rendelkezik, és várhatóan számos alkalmazásban eléri, vagy akár meg is haladja a lítium-niobát és a szilícium optikai platformok teljesítményét. Azonban eddig a fő eszközoptikai kommunikáció, az ultra-nagy sebességű elektrooptikai modulátor, nem került ellenőrzésre LTOI-ban.
Ebben a tanulmányban a kutatók először megtervezték az LTOI elektrooptikai modulátort, amelynek szerkezete az 1. ábrán látható. A szigetelőn lévő egyes lítium-tantalát rétegek szerkezetének és a mikrohullámú elektróda paramétereinek megtervezésével a mikrohullám és a fényhullám terjedési sebessége összehangolható a...elektrooptikai modulátormegvalósul. A mikrohullámú elektróda veszteségének csökkentése érdekében a kutatók ebben a munkában elsőként javasolták az ezüst használatát jobb vezetőképességű elektródaanyagként, és kimutatták, hogy az ezüstelektróda 82%-kal csökkenti a mikrohullámú veszteséget a széles körben használt aranyelektródához képest.
1. ÁBRA: LTOI elektrooptikai modulátor szerkezete, fázisillesztési terv, mikrohullámú elektródaveszteség-teszt.
A 2. ÁBRA az LTOI elektrooptikai modulátor kísérleti berendezését és eredményeit mutatja be a következő esetekben:intenzitásmoduláltközvetlen detektálás (IMDD) optikai kommunikációs rendszerekben. A kísérletek azt mutatják, hogy az LTOI elektrooptikai modulátor 176 GBd előjelsebességgel képes PAM8 jeleket továbbítani, a mért BER értéke 3,8×10⁻², ami a 25%-os SD-FEC küszöbérték alatt van. Mind a 200 GBd PAM4, mind a 208 GBd PAM2 esetében a BER szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a 15%-os SD-FEC és a 7%-os HD-FEC küszöbérték. A 3. ábrán látható szem- és hisztogramteszt eredményei vizuálisan azt mutatják, hogy az LTOI elektrooptikai modulátor nagy sebességű kommunikációs rendszerekben használható, nagy linearitással és alacsony bithibaaránnyal.
2. ÁBRA Kísérlet LTOI elektrooptikai modulátorral a következőhöz:IntenzitásmodulációKözvetlen detektálás (IMDD) optikai kommunikációs rendszerben (a) kísérleti eszköz; (b) A PAM8 (piros), PAM4 (zöld) és PAM2 (kék) jelek mért bithibaaránya (BER) az előjelsebesség függvényében; (c) A 25%-os SD-FEC határ alatti bithibaarányú mérések esetén a kivont használható információsebesség (AIR, szaggatott vonal) és a hozzá tartozó nettó adatsebesség (NDR, folytonos vonal); (d) Szemtérképek és statisztikai hisztogramok PAM2, PAM4, PAM8 moduláció alatt.
Ez a munka bemutatja az első nagysebességű LTOI elektrooptikai modulátort, amely 3 dB sávszélességgel és 110 GHz-es frekvenciával rendelkezik. Intenzitásmodulációs közvetlen detektálású IMDD átviteli kísérletekben az eszköz 405 Gbit/s egyetlen vivő nettó adatsebességet ér el, ami összehasonlítható a meglévő elektrooptikai platformok, például az LNOI és a plazma modulátorok legjobb teljesítményével. A jövőben összetettebb...IQ modulátorA lítium-tantalát fotonikai technológia, a fejlettebb jelhiba-javító technikák, illetve az alacsonyabb mikrohullámú veszteségű szubsztrátok, például a kvarc szubsztrátok alkalmazása révén a lítium-tantalát eszközök várhatóan elérik a 2 Tbit/s vagy annál nagyobb kommunikációs sebességet. Az LTOI sajátos előnyeivel, például az alacsonyabb kettős törésmutatóval és a más RF szűrőpiacokon való széles körű alkalmazásának köszönhető méretarányhatással kombinálva, alacsony költségű, alacsony fogyasztású és ultragyors megoldásokat kínál a következő generációs nagysebességű optikai kommunikációs hálózatok és mikrohullámú fotonikai rendszerek számára.
Közzététel ideje: 2024. dec. 11.