Litium -tantalaatti (LTOI) nopeaelektro-optinen modulaattori
Globaali dataliikenne kasvaa edelleen uuden tekniikan, kuten 5G: n ja tekoälyn (AI), laajalle levinneestä käyttöönotosta, joka asettaa lähetinvastaanottimille merkittäviä haasteita kaikilla optisten verkkojen tasoilla. Erityisesti seuraavan sukupolven elektro-optinen modulaattoritekniikka vaatii tiedonsiirtonopeuksien lisääntymisen merkittävästi 200 Gbps yhdellä kanavalla vähentäen samalla energiankulutusta ja kustannuksia. Muutaman viime vuoden aikana piifotoniikkatekniikkaa on käytetty laajasti optisella lähetin-vastaanottimarkkinoilla, lähinnä siitä, että piifotoniikkaa voidaan tuottaa massatuotannossa kypsällä CMOS-prosessilla. SOI-elektro-optiset modulaattorit, jotka luottavat kantoaallon dispersioon, kohtaavat kuitenkin suuria haasteita kaistanleveydessä, virrankulutuksessa, vapaan kantolaitteen imeytymisessä ja modulaation epälineaarisuudessa. Muita teollisuuden teknologiareittejä ovat INP, ohutkalvo litium-niobaatti LNOI, sähköoptiset polymeerit ja muut monenlustan heterogeeniset integraatioliuokset. LNOI: ta pidetään ratkaisuna, joka voi saavuttaa parhaan suorituskyvyn erittäin korkealla nopeudella ja alhaisella tehonmodulaatiolla, mutta sillä on tällä hetkellä joitain haasteita massatuotantoprosessin ja kustannusten suhteen. Äskettäin joukkue julkaisi ohuen kalvon litium-tantalate (LTOI) -integroidun fotonisen alustan, jolla on erinomaiset fotoelektriset ominaisuudet ja laajamittainen valmistus, jonka odotetaan vastaavan tai jopa ylittävän litium-niobaatti- ja pii-optisten alustojen suorituskykyä monissa sovelluksissa. Tähän mennessä ydinlaiteoptinen viestintä, erittäin korkean nopeuden elektro-optinen modulaattori, ei ole varmennettu LTOI: ssa.
Tässä tutkimuksessa tutkijat suunnittelivat ensin LTOI-elektro-optisen modulaattorin, jonka rakenne on esitetty kuvassa 1. Suunnitelman kunkin litium-taantalaattikerroksen rakenteen kautta eristimessä ja mikroaaltoelektrodin parametrit, mikroaaltouunin ja kevyen aallon etenemisnopeuden nopeuden sovittaminenelektro-optinen modulaattorion toteutettu. Mikroaaltoelektrodin menetyksen vähentämisen kannalta tämän työn tutkijat ehdottivat ensimmäistä kertaa hopean käyttöä elektrodimateriaalina, jolla on parempi johtavuus, ja hopeaelektrodin osoitettiin vähentävän mikroaaltohäviötä 82%: iin verrattuna laajalti käytettyyn kultaelektrodiin.
KUVA. 1 LTOI-elektro-optinen modulaattorin rakenne, vaiheen sovitussuunnitelma, mikroaaltoelektrodin häviötesti.
KUVA. 2 esittää LTOI-elektro-optisen modulaattorin kokeellisen laitteen ja tuloksetintensiteettiSuora havaitseminen (IMDD) optisissa viestintäjärjestelmissä. Kokeet osoittavat, että LTOI-elektro-optinen modulaattori voi siirtää PAM8-signaaleja merkkinopeudella 176 GBD mitatulla BER: llä 3,8 × 10⁻² alle 25% SD-FEC-kynnyksen. Sekä 200 GBD PAM4: llä että 208 GBD PAM2: lla BER oli merkittävästi alhaisempi kuin 15% SD-FEC: n ja 7% HD-FEC: n kynnysarvo. Silmä- ja histogrammitestitulokset kuviossa 3 osoittavat visuaalisesti, että LTOI-elektro-optista modulaattoria voidaan käyttää nopeiden viestintäjärjestelmissä, joilla on korkea lineaarisuus ja alhainen bitin virhetaso.
KUVA. 2 Koe, jossa käytetään LTOI-elektro-optinen modulaattoriIntensiteettiSuora havaitseminen (IMDD) optisessa viestintäjärjestelmässä (a) kokeellinen laite; (b) PAM8: n (punainen), PAM4 (vihreä) ja PAM2 (sininen) signaalien mitattu bittivirhesuhde (BER) allekirjoitusnopeuden funktiona; (c) poimittu käyttökelpoinen tiedonopeus (ilma, katkoviiva) ja siihen liittyvä nettotiedonopeus (NDR, kiinteä viiva) mittauksille, joiden bittivirheenopeusarvot ovat alle 25% SD-FEC-rajan; (D) Silmäkartat ja tilastolliset histogrammit PAM2: n, PAM4: n, PAM8 -modulaation alla.
Tämä työ osoittaa ensimmäisen nopean LTOI-elektro-optisen modulaattorin, jonka 3 dB: n kaistanleveys on 110 GHz. Intensiteetin modulaatiossa suoran havaitsemisen IMDD-siirtokokeet laitteena on yksi operaattorin verkkoverkon datanopeus 405 Gbit/s, mikä on verrattavissa olemassa olevien sähköoptisten alustojen, kuten LNOI- ja plasmamodulaattorien, parhaaseen suorituskykyyn. Tulevaisuudessa käyttämällä monimutkaisempaaIQ -modulaattoriSuunnittelut tai edistyneempiä signaalivirheenkorjaustekniikoita tai käyttämällä alhaisempia mikroaaltohäviötä substraatteja, kuten kvartsisubstraatteja, litium -taantalaattilaitteiden odotetaan saavuttavan 2 tbit/s: n tai korkeamman viestinnänopeudet. Yhdistettynä LTOI: n erityisiin etuihin, kuten alhaisempaan kahtaistumiseen ja sen laajalle levinneestä sovelluksesta johtuvan mittakaavan vaikutuksesta muilla RF-suodatinmarkkinoilla, litium-tantalate-fotoniikkatekniikka tarjoaa edullisen, vähävirran ja erittäin korkean nopeuden ratkaisuja seuraavan sukupolven nopeaan optiseen viestintäverkkoon ja mikroluuran fotoniikkajärjestelmiin.
Viestin aika: joulukuu-11-2024