Litiumtantalaatti (LTOI) suuri nopeussähköoptinen modulaattori
Maailmanlaajuinen dataliikenne jatkaa kasvuaan uusien teknologioiden, kuten 5G:n ja tekoälyn (AI) laajamittaisen käyttöönoton vetämänä, mikä asettaa merkittäviä haasteita lähetin-vastaanottimille kaikilla optisten verkkojen tasoilla. Erityisesti seuraavan sukupolven sähköoptinen modulaattoritekniikka edellyttää tiedonsiirtonopeuksien merkittävää lisäystä 200 Gbps:iin yhdessä kanavassa samalla kun vähennetään energiankulutusta ja kustannuksia. Viime vuosina piifotoniikkatekniikkaa on käytetty laajalti optisten lähetin-vastaanottimien markkinoilla, mikä johtuu pääasiassa siitä, että piifotoniikkaa voidaan valmistaa massatuotantona kypsällä CMOS-prosessilla. Kuitenkin SOI-sähköoptiset modulaattorit, jotka perustuvat kantoaallon dispersioon, kohtaavat suuria haasteita kaistanleveyden, virrankulutuksen, vapaan kantoaallon absorption ja modulaation epälineaarisuuden suhteen. Muita alan teknologiareittejä ovat InP, ohutkalvolitiumniobaatti LNOI, sähköoptiset polymeerit ja muut monikäyttöiset heterogeeniset integraatioratkaisut. LNOI:ta pidetään ratkaisuna, joka voi saavuttaa parhaan suorituskyvyn erittäin nopeassa ja matalatehoisessa modulaatiossa, mutta tällä hetkellä sillä on haasteita massatuotantoprosessin ja kustannusten suhteen. Tiimi lanseerasi äskettäin ohutkalvolitiumtantalaatti (LTOI) -integroidun fotonialustan, jolla on erinomaiset valosähköiset ominaisuudet ja laajamittainen valmistus ja jonka odotetaan vastaavan tai jopa ylittävän litiumniobaatti- ja piioptisten alustojen suorituskyvyn monissa sovelluksissa. Kuitenkin tähän asti ydin laiteoptinen viestintä, ultranopeaa sähköoptista modulaattoria, ei ole vahvistettu LTOI:ssa.
Tässä tutkimuksessa tutkijat suunnittelivat ensin LTOI-sähköoptisen modulaattorin, jonka rakenne on esitetty kuvassa 1. Eristeen jokaisen litiumtantalaattikerroksen rakenteen ja mikroaaltoelektrodin parametrien suunnittelun avulla eteneminen etenee. Mikroaaltouunin ja valoaallon nopeus vastaavuussähkö-optinen modulaattoritoteutuu. Mikroaaltoelektrodin häviön vähentämiseksi tässä työssä tutkijat ehdottivat ensimmäistä kertaa hopean käyttöä paremman johtavuuden omaavana elektrodimateriaalina, ja hopeaelektrodin osoitettiin vähentävän mikroaaltohäviötä 82 %:iin verrattuna. laajalti käytetty kultaelektrodi.
KUVA. 1 LTOI-sähköoptisen modulaattorin rakenne, vaihesovitussuunnittelu, mikroaaltoelektrodihäviötesti.
KUVA. Kuva 2 esittää LTOI:n sähköoptisen modulaattorin koelaitteiston ja tuloksetintensiteetti moduloitusuora tunnistus (IMDD) optisissa viestintäjärjestelmissä. Kokeet osoittavat, että LTOI-sähköoptinen modulaattori voi lähettää PAM8-signaaleja 176 GBd:n merkkitaajuudella mitatun BER:n ollessa 3,8 × 10-2 alle 25 %:n SD-FEC-kynnyksen. Sekä 200 GBd PAM4:lle että 208 GBd PAM2:lle BER oli merkittävästi alhaisempi kuin 15 % SD-FEC:n ja 7 % HD-FEC:n kynnys. Kuvan 3 silmä- ja histogrammitestitulokset osoittavat visuaalisesti, että LTOI-sähköoptista modulaattoria voidaan käyttää nopeissa viestintäjärjestelmissä, joissa on korkea lineaarisuus ja pieni bittivirhesuhde.
KUVA. 2 Kokeile LTOI-sähköoptista modulaattoriaIntensiteetti moduloituSuora tunnistus (IMDD) optisessa viestintäjärjestelmässä a) kokeellinen laite; (b) PAM8 (punainen), PAM4 (vihreä) ja PAM2 (sininen) signaalien mitattu bittivirhesuhde (BER) etumerkkisuhteen funktiona; (c) Poimittu käytettävissä oleva tiedonsiirtonopeus (AIR, katkoviiva) ja siihen liittyvä nettodatanopeus (NDR, yhtenäinen viiva) mittauksissa, joissa bittivirhesuhteen arvot ovat alle 25 %:n SD-FEC-rajan; (d) Silmäkartat ja tilastolliset histogrammit PAM2-, PAM4-, PAM8-modulaatiolla.
Tämä työ esittelee ensimmäisen nopean LTOI-sähköoptisen modulaattorin, jonka 3 dB:n kaistanleveys on 110 GHz. Intensiteettimodulaation suoran havaitsemisen IMDD-lähetyskokeissa laite saavuttaa yhden kantoaallon nettodatanopeuden 405 Gbit/s, mikä on verrattavissa nykyisten sähköoptisten alustojen, kuten LNOI:n ja plasmamodulaattoreiden, parhaaseen suorituskykyyn. Jatkossa käyttämällä monimutkaisempaaIQ-modulaattorilitiumtantalaattilaitteiden odotetaan saavuttavan vähintään 2 Tbit/s tiedonsiirtonopeuden, kun käytetään malleja tai kehittyneempiä signaalivirheenkorjaustekniikoita, tai käyttämällä pienempiä mikroaaltohäviöalustoja, kuten kvartsisubstraatteja. Yhdessä LTOI:n erityisetuihin, kuten pienempään kahtaistaitukseen ja skaalausvaikutukseen, joka johtuu sen laajasta soveltamisesta muilla RF-suodatinmarkkinoilla, litiumtantalaattifotoniikkatekniikka tarjoaa edullisia, vähän virtaa ja erittäin nopeita ratkaisuja seuraavan sukupolven korkealle. -nopeat optiset tietoliikenneverkot ja mikroaaltofotoniikkajärjestelmät.
Postitusaika: 11.12.2024