Litijum tantalat (LTOI) velike brzineelektrooptički modulator
Globalni promet podataka nastavlja rasti, potaknut široko rasprostranjenim usvajanjem novih tehnologija poput 5G i umjetne inteligencije (AI), što predstavlja značajne izazove za primopredajnike na svim nivoima optičkih mreža. Konkretno, tehnologija elektrooptičkih modulatora sljedeće generacije zahtijeva značajno povećanje brzine prijenosa podataka na 200 Gbps u jednom kanalu, uz istovremeno smanjenje potrošnje energije i troškova. U posljednjih nekoliko godina, tehnologija silicijumske fotonike se široko koristi na tržištu optičkih primopredajnika, uglavnom zbog činjenice da se silicijumska fotonika može masovno proizvoditi korištenjem zrelog CMOS procesa. Međutim, SOI elektrooptički modulatori koji se oslanjaju na disperziju nosioca suočavaju se s velikim izazovima u pogledu propusnog opsega, potrošnje energije, apsorpcije slobodnih nosioca i nelinearnosti modulacije. Drugi tehnološki putevi u industriji uključuju InP, tankoslojni litijum niobat LNOI, elektrooptičke polimere i druga višeplatformska heterogena integracijska rješenja. LNOI se smatra rješenjem koje može postići najbolje performanse u modulaciji ultra velike brzine i male snage, međutim, trenutno ima neke izazove u pogledu procesa masovne proizvodnje i troškova. Nedavno je tim lansirao tankoslojnu litijum tantalatnu (LTOI) integriranu fotonsku platformu s odličnim fotoelektričnim svojstvima i proizvodnjom u velikim razmjerima, za koju se očekuje da će u mnogim primjenama dostići ili čak premašiti performanse optičkih platformi od litijum niobata i silicija. Međutim, do sada je osnovni uređaj...optička komunikacija, ultrabrzi elektrooptički modulator, nije verificiran u LTOI.
U ovoj studiji, istraživači su prvo dizajnirali LTOI elektrooptički modulator, čija je struktura prikazana na Slici 1. Kroz dizajn strukture svakog sloja litijum tantalata na izolatoru i parametre mikrotalasne elektrode, usklađenje brzine širenja mikrotalasnog i svetlosnog talasa uelektrooptički modulatorje ostvareno. U smislu smanjenja gubitaka mikrovalne elektrode, istraživači su u ovom radu prvi put predložili upotrebu srebra kao elektrodnog materijala s boljom provodljivošću, a pokazalo se da srebrna elektroda smanjuje gubitak mikrovalova na 82% u poređenju sa široko korištenom zlatnom elektrodom.
SLIKA 1 Struktura elektrooptičkog modulatora LTOI, dizajn faznog usklađivanja, test gubitka mikrovalne elektrode.
SLIKA 2 prikazuje eksperimentalni aparat i rezultate LTOI elektrooptičkog modulatora zamodulirani intenzitetdirektna detekcija (IMDD) u optičkim komunikacijskim sistemima. Eksperimenti pokazuju da LTOI elektrooptički modulator može prenositi PAM8 signale brzinom signala od 176 GBd sa izmjerenim BER-om od 3,8×10⁻² ispod praga od 25% SD-FEC. I za 200 GBd PAM4 i za 208 GBd PAM2, BER je bio značajno niži od praga od 15% SD-FEC i 7% HD-FEC. Rezultati testa oka i histograma na Slici 3 vizuelno pokazuju da se LTOI elektrooptički modulator može koristiti u brzim komunikacijskim sistemima sa visokom linearnošću i niskom stopom greške bita.
SLIKA 2 Eksperiment korištenjem LTOI elektrooptičkog modulatora zaModulirani intenzitetDirektna detekcija (IMDD) u optičkom komunikacijskom sistemu (a) eksperimentalni uređaj; (b) Izmjerena stopa greške bita (BER) PAM8 (crvena), PAM4 (zelena) i PAM2 (plava) signala kao funkcija brzine predznaka; (c) Izdvojena brzina upotrebljivih informacija (AIR, isprekidana linija) i pridružena neto brzina podataka (NDR, puna linija) za mjerenja sa vrijednostima stope greške bita ispod granice od 25% SD-FEC; (d) Mape oka i statistički histogrami pod PAM2, PAM4, PAM8 modulacijom.
Ovaj rad demonstrira prvi LTOI elektrooptički modulator velike brzine sa propusnim opsegom od 3 dB na 110 GHz. U eksperimentima prenosa sa direktnom detekcijom IMDD i modulacijom intenziteta, uređaj postiže neto brzinu prenosa podataka na jednom nosiocu od 405 Gbit/s, što je uporedivo sa najboljim performansama postojećih elektrooptičkih platformi kao što su LNOI i plazma modulatori. U budućnosti, korištenje složenijih...Modulator inteligencijeDizajnima ili naprednijim tehnikama korekcije grešaka signala, ili korištenjem supstrata s nižim gubitkom mikrovalova kao što su kvarcni supstrati, očekuje se da će uređaji s litijum tantalatom postići brzine komunikacije od 2 Tbit/s ili više. U kombinaciji sa specifičnim prednostima LTOI-a, kao što su niže dvolomljenje i efekat skaliranja zbog njegove široke primjene na drugim tržištima RF filtera, tehnologija fotonike s litijum tantalatom pružit će jeftina, energetski štedljiva i ultra brza rješenja za optičke komunikacijske mreže velike brzine sljedeće generacije i mikrovalne fotonske sisteme.
Vrijeme objave: 11. decembar 2024.