Ličio tantalato (LTOI) didelio greičio elektrooptinis moduliatorius

Ličio tantalatas (LTOI) dideliu greičiuelektrooptinis moduliatorius

Pasaulinis duomenų srautas ir toliau auga, o tai lemia plačiai paplitusios naujos technologijos, tokios kaip 5G ir dirbtinis intelektas (AI), o tai kelia didelių iššūkių siųstuvams-imtuvams visuose optinių tinklų lygiuose. Tiksliau, naujos kartos elektrooptinio moduliatoriaus technologija reikalauja žymiai padidinti duomenų perdavimo spartą iki 200 Gbps vienu kanalu, tuo pačiu sumažinant energijos sąnaudas ir išlaidas. Per pastaruosius kelerius metus silicio fotonikos technologija buvo plačiai naudojama optinių siųstuvų-imtuvų rinkoje, daugiausia dėl to, kad silicio fotonika gali būti masiškai gaminama naudojant brandų CMOS procesą. Tačiau SOI elektrooptiniai moduliatoriai, kurie priklauso nuo nešiklio dispersijos, susiduria su dideliais pralaidumo, energijos suvartojimo, laisvo nešiklio absorbcijos ir moduliavimo netiesiškumo iššūkiais. Kiti technologijų būdai pramonėje apima InP, plonasluoksnį ličio niobato LNOI, elektrooptinius polimerus ir kitus daugiaplatformius heterogeninius integravimo sprendimus. LNOI yra laikomas sprendimu, galinčiu pasiekti geriausią našumą itin didelės spartos ir mažos galios moduliacijoje, tačiau šiuo metu jis turi tam tikrų iššūkių dėl masinės gamybos proceso ir sąnaudų. Neseniai komanda pristatė plonasluoksnę ličio tantalato (LTOI) integruotą fotoninę platformą, pasižyminčią puikiomis fotoelektrinėmis savybėmis ir didelio masto gamyba, kuri, kaip tikimasi, atitiks ar net viršys ličio niobato ir silicio optinių platformų našumą daugelyje programų. Tačiau iki šiol pagrindinis prietaisasoptinis ryšys, itin didelio greičio elektrooptinis moduliatorius, nebuvo patikrintas LTOI.

Šiame tyrime mokslininkai pirmiausia suprojektavo LTOI elektrooptinį moduliatorių, kurio struktūra parodyta 1 paveiksle. Projektuojant kiekvieno izoliatoriaus ličio tantalato sluoksnio struktūrą ir mikrobangų elektrodo parametrus, sklidimas. mikrobangų ir šviesos bangų greičio suderinimaselektrooptinis moduliatoriusyra realizuotas. Kalbant apie mikrobangų elektrodo praradimo mažinimą, mokslininkai šiame darbe pirmą kartą pasiūlė naudoti sidabrą kaip elektrodo medžiagą, turinčią geresnį laidumą, ir buvo įrodyta, kad sidabro elektrodas sumažina mikrobangų nuostolius iki 82%, palyginti su plačiai naudojamas auksinis elektrodas.

Fig. 1 LTOI elektrooptinio moduliatoriaus struktūra, fazių derinimo konstrukcija, mikrobangų elektrodų nuostolių bandymas.

Fig. 2 parodytas LTOI elektrooptinio moduliatoriaus eksperimentinis aparatas ir rezultataimoduliuojamas intensyvumastiesioginis aptikimas (IMDD) optinio ryšio sistemose. Eksperimentai rodo, kad LTOI elektrooptinis moduliatorius gali perduoti PAM8 signalus 176 GBd ženklų dažniu, kai išmatuota BER yra 3,8 × 10⁻² žemiau 25% SD-FEC slenksčio. Tiek 200 GBd PAM4, tiek 208 GBd PAM2 BER buvo gerokai mažesnis nei 15 % SD-FEC ir 7 % HD-FEC slenkstis. Akių ir histogramos tyrimo rezultatai 3 paveiksle vizualiai parodo, kad LTOI elektrooptinis moduliatorius gali būti naudojamas didelės spartos ryšio sistemose, turinčiose didelį tiesiškumą ir mažą bitų klaidų dažnį.

Fig. 2 Eksperimentuokite naudodami LTOI elektrooptinį moduliatoriųIntensyvumas moduliuojamasTiesioginis aptikimas (IMDD) optinio ryšio sistemoje a) eksperimentinis įrenginys; b) išmatuotas PAM8 (raudonas), PAM4 (žalias) ir PAM2 (mėlynas) signalų bitų klaidų dažnis (BER) kaip ženklų dažnio funkcija; c) išskirta naudingos informacijos sparta (AIR, punktyrinė linija) ir susijusi grynoji duomenų perdavimo sparta (NDR, ištisinė linija) atliekant matavimus, kai bitų klaidų dažnio vertės yra mažesnės nei 25 % SD-FEC riba; d) akių žemėlapiai ir statistinės histogramos pagal PAM2, PAM4, PAM8 moduliavimą.

Šis darbas demonstruoja pirmąjį didelės spartos LTOI elektrooptinį moduliatorių, kurio 3 dB dažnių juostos plotis yra 110 GHz. Intensyvumo moduliavimo tiesioginio aptikimo IMDD perdavimo eksperimentuose įrenginys pasiekia 405 Gbit/s vieno nešiklio neto duomenų perdavimo spartą, kuri yra palyginama su geriausiu esamų elektrooptinių platformų, tokių kaip LNOI ir plazmos moduliatoriai, našumu. Ateityje naudojant sudėtingesnįIQ moduliatoriusTikimasi, kad ličio tantalato įrenginiai pasiekia 2 Tbit/s arba didesnį ryšio greitį, naudojant konstrukcijas ar pažangesnius signalo klaidų taisymo būdus arba naudojant mažesnius mikrobangų nuostolius, tokius kaip kvarciniai substratai. Kartu su specifiniais LTOI pranašumais, tokiais kaip mažesnis dvigubas lūžis ir mastelio efektas, atsirandantis dėl plačiai taikomo kitose RF filtrų rinkose, ličio tantalato fotonikos technologija suteiks nebrangių, mažos galios ir ypač didelės spartos sprendimus naujos kartos dideliems. - sparčiojo optinio ryšio tinklai ir mikrobangų fotonikos sistemos.