Litijum tantalat (LTOI) brzi elektro-optički modulator

Litijum tantalat (LTOI) velike brzineelektro-optički modulator

Globalni promet podataka nastavlja rasti, vođen širokim usvajanjem novih tehnologija kao što su 5G i umjetna inteligencija (AI), što predstavlja značajne izazove za primopredajnike na svim nivoima optičkih mreža. Konkretno, tehnologija elektro-optičkih modulatora sljedeće generacije zahtijeva značajno povećanje brzine prijenosa podataka na 200 Gbps u jednom kanalu uz smanjenje potrošnje energije i troškova. U posljednjih nekoliko godina, tehnologija silikonske fotonike se široko koristi na tržištu optičkih primopredajnika, uglavnom zbog činjenice da se silicijumska fotonika može masovno proizvoditi korištenjem zrelog CMOS procesa. Međutim, SOI elektro-optički modulatori koji se oslanjaju na disperziju nosioca suočavaju se s velikim izazovima u propusnosti, potrošnji energije, apsorpciji slobodnog nosioca i nelinearnosti modulacije. Ostali tehnološki putevi u industriji uključuju InP, tankoslojni litijum niobat LNOI, elektrooptičke polimere i druga rješenja za heterogenu integraciju na više platformi. LNOI se smatra rješenjem koje može postići najbolje performanse u ultra-velikoj brzini i modulaciji male snage, međutim, trenutno ima neke izazove u smislu procesa masovne proizvodnje i troškova. Nedavno je tim lansirao tankoslojnu litij tantalat (LTOI) integriranu fotonsku platformu s odličnim fotoelektričnim svojstvima i velikom proizvodnjom, za koju se očekuje da će odgovarati ili čak premašiti performanse litijum niobata i silikonskih optičkih platformi u mnogim aplikacijama. Međutim, do sada je osnovni uređajoptička komunikacija, ultra-brzi elektro-optički modulator, nije verifikovan u LTOI.

U ovoj studiji, istraživači su prvo dizajnirali LTOI elektro-optički modulator, čija je struktura prikazana na slici 1. Kroz dizajn strukture svakog sloja litij tantalata na izolatoru i parametara mikrovalne elektrode, propagacija Usklađivanje brzine mikrotalasnog i svetlosnog talasa uelektro-optički modulatorse realizuje. U smislu smanjenja gubitka mikrovalne elektrode, istraživači su u ovom radu po prvi put predložili upotrebu srebra kao materijala za elektrode sa boljom provodljivošću, a pokazalo se da srebrna elektroda smanjuje gubitak mikrovalova na 82% u odnosu na široko rasprostranjena zlatna elektroda.

Fig. 1 LTOI elektro-optički modulator struktura, fazno usklađivanje dizajn, mikrovalni test gubitka elektrode.

Fig. 2 prikazana je eksperimentalna aparatura i rezultati LTOI elektro-optičkog modulatora zamoduliran intenzitetdirektna detekcija (IMDD) u optičkim komunikacionim sistemima. Eksperimenti pokazuju da LTOI elektro-optički modulator može prenositi PAM8 signale brzinom predznaka od 176 GBd sa izmjerenim BER od 3,8×10⁻² ispod 25% SD-FEC praga. I za 200 GBd PAM4 i 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 elektro-optički modulator može koristiti u sistemima komunikacije velike brzine sa visokom linearnošću i niskom stopom greške u bitovima.

Fig. 2 Eksperimentirajte koristeći LTOI elektro-optički modulator zaIntenzitet moduliranDirektna detekcija (IMDD) u optičkom komunikacijskom sistemu (a) eksperimentalni uređaj; (b) Izmjerenu stopu greške u bitu (BER) signala PAM8 (crveni), PAM4 (zeleni) i PAM2 (plavi) kao funkcija stope predznaka; (c) Izdvojena upotrebljiva brzina informacija (AIR, isprekidana linija) i povezana neto brzina podataka (NDR, puna linija) za mjerenja sa vrijednostima stope bitnih grešaka ispod granice od 25% SD-FEC; (d) Očne karte i statistički histogrami pod PAM2, PAM4, PAM8 modulacijom.

Ovaj rad demonstrira prvi LTOI elektro-optički modulator velike brzine sa 3 dB propusnog opsega od 110 GHz. U eksperimentima IMDD transmisije s direktnom detekcijom intenziteta, uređaj postiže neto brzinu podataka jednog nosioca od 405 Gbit/s, što je uporedivo sa najboljim performansama postojećih elektro-optičkih platformi kao što su LNOI i plazma modulatori. U budućnosti, koristeći složenijeIQ modulatordizajni ili naprednije tehnike korekcije grešaka u signalu, ili korištenje supstrata sa manjim gubicima mikrovalova, kao što su kvarcni supstrati, očekuje se da će uređaji s litij-tantalatom postići brzinu komunikacije od 2 Tbit/s ili više. U kombinaciji sa LTOI-jevim specifičnim prednostima, kao što su niži dvolom i efekat skale zbog njegove široke primjene na drugim tržištima RF filtera, fotonička tehnologija litij-tantalata će pružiti jeftina, male snage i ultra velike brzine rješenja za novu generaciju visokih brzina. -brzinske optičke komunikacione mreže i mikrotalasni fotonički sistemi.