Ličio tantalato (LTOI) didelio greičio elektrooptinis moduliatorius

Didelės spartos ličio tantalatas (LTOI)elektrooptinis moduliatorius

Dėl plačiai paplitusių naujų technologijų, tokių kaip 5G ir dirbtinis intelektas (DI), diegimo, pasaulinis duomenų srautas toliau auga, o tai kelia didelių iššūkių visų optinių tinklų lygių siųstuvams-imtuvams. Konkrečiai, naujos kartos elektrooptinio moduliatoriaus technologijai reikia gerokai padidinti duomenų perdavimo spartą iki 200 Gbps viename kanale, tuo pačiu sumažinant energijos suvartojimą ir sąnaudas. Pastaraisiais metais silicio fotonikos technologija buvo plačiai naudojama optinių siųstuvų-imtuvų rinkoje, daugiausia dėl to, kad silicio fotoniką galima masiškai gaminti naudojant brandų CMOS procesą. Tačiau SOI elektrooptiniai moduliatoriai, kurie remiasi nešėjų sklaida, susiduria su dideliais iššūkiais, susijusiais su pralaidumu, energijos suvartojimu, laisvojo nešėjų sugertimi ir moduliacijos netiesiškumu. Kiti technologiniai maršrutai pramonėje apima InP, plonasluoksnį ličio niobato LNOI, elektrooptinius polimerus ir kitus daugiaplatformius heterogeninius integracijos sprendimus. LNOI laikomas sprendimu, galinčiu pasiekti geriausią našumą itin didelio greičio ir mažos galios moduliacijos srityje, tačiau šiuo metu jis turi tam tikrų iššūkių, susijusių su masinės gamybos procesu ir sąnaudomis. Neseniai komanda pristatė plonasluoksnę ličio tantalato (LTOI) integruotą fotoninę platformą, pasižyminčią puikiomis fotoelektrinėmis savybėmis ir didelio masto gamyba, kuri, kaip tikimasi, daugelyje sričių prilygs ar net pranoks ličio niobato ir silicio optinių platformų našumą. Tačiau iki šiol pagrindinis įrenginysoptinis ryšys, itin didelės spartos elektrooptinis moduliatorius, nebuvo patikrintas LTOI.

Šiame tyrime tyrėjai pirmiausia sukūrė LTOI elektrooptinį moduliatorių, kurio struktūra parodyta 1 paveiksle. Sukūrę kiekvieno ličio tantalato sluoksnio ant izoliatoriaus struktūrą ir mikrobangų elektrodo parametrus, mikrobangų ir šviesos bangos sklidimo greičio suderinimas buvo pasiektas.elektrooptinis moduliatoriusKalbant apie mikrobangų elektrodo nuostolių mažinimą, šio darbo tyrėjai pirmą kartą pasiūlė naudoti sidabrą kaip geresnio laidumo elektrodo medžiagą, ir buvo įrodyta, kad sidabro elektrodas sumažina mikrobangų nuostolius iki 82 %, palyginti su plačiai naudojamu aukso elektrodu.

1 pav. LTOI elektrooptinio moduliatoriaus struktūra, fazių suderinimo projektavimas, mikrobangų elektrodų nuostolių bandymas.

2 pav. parodytas LTOI elektrooptinio moduliatoriaus eksperimentinis aparatas ir rezultataiintensyvumo moduliacijatiesioginis aptikimas (IMDD) optinėse ryšio sistemose. Eksperimentai rodo, kad LTOI elektrooptinis moduliatorius gali perduoti PAM8 signalus 176 GBd ženklų dažniu, o išmatuotas BER yra 3,8×10⁻² mažesnis už 25 % SD-FEC slenkstį. Tiek 200 GBd PAM4, tiek 208 GBd PAM2 BER buvo žymiai mažesnis už 15 % SD-FEC ir 7 % HD-FEC slenksčius. 3 paveiksle pateikti akių ir histogramos testų rezultatai vizualiai rodo, kad LTOI elektrooptinis moduliatorius gali būti naudojamas didelės spartos ryšio sistemose, pasižyminčiose dideliu tiesiškumu ir mažu bitų klaidų dažniu.

2 PAV. Eksperimentas naudojant LTOI elektrooptinį moduliatoriųModuliuojamas intensyvumasTiesioginis aptikimas (IMDD) optinėje ryšio sistemoje (a) eksperimentinis įrenginys; (b) Išmatuotas PAM8 (raudonas), PAM4 (žalias) ir PAM2 (mėlynas) signalų bitų klaidų dažnis (BER) kaip ženklų dažnio funkcija; (c) Išskirtas naudojamas informacijos dažnis (AIR, punktyrinė linija) ir susijęs grynasis duomenų perdavimo greitis (NDR, ištisinė linija) matavimams, kurių bitų klaidų dažnio vertės yra mažesnės nei 25 % SD-FEC riba; (d) Akių žemėlapiai ir statistinės histogramos esant PAM2, PAM4, PAM8 moduliacijai.

Šiame darbe demonstruojamas pirmasis didelės spartos LTOI elektrooptinis moduliatorius, kurio pralaidumas yra 3 dB ir 110 GHz. Intensyvumo moduliacijos tiesioginio aptikimo IMDD perdavimo eksperimentuose įrenginys pasiekė 405 Gbit/s vieno nešlio grynąjį duomenų perdavimo greitį, kuris yra palyginamas su geriausiais esamų elektrooptinių platformų, tokių kaip LNOI ir plazminiai moduliatoriai, rezultatais. Ateityje, naudojant sudėtingesnius...IQ moduliatoriusTikimasi, kad ličio tantalato įtaisai, naudojant mažesnius mikrobangų nuostolių substratus, tokius kaip kvarco substratai, pasieks 2 Tbit/s ar didesnę ryšio spartą. Kartu su specifiniais LTOI privalumais, tokiais kaip mažesnis dvigubas lūžis ir mastelio efektas dėl plataus taikymo kitose RF filtrų rinkose, ličio tantalato fotonikos technologija suteiks nebrangius, mažos galios ir itin didelės spartos sprendimus naujos kartos didelės spartos optiniams ryšio tinklams ir mikrobangų fotonikos sistemoms.