Ličio tantalato (LTOI) didelio greičio elektro-optinis moduliatorius

Ličio tantalatas (LTOI) didelis greitisElektro-optinis moduliatorius

Visuotinis duomenų srautas ir toliau auga, kurį lemia plačiai paplitęs naujų technologijų, tokių kaip 5G ir dirbtinis intelektas (AI), priėmimas, o tai kelia didelių iššūkių siųstuvams visais optinių tinklų lygmenimis. Tiksliau, naujos kartos elektro-optinio moduliatoriaus technologijai reikia žymiai padidinti duomenų perdavimo greitį iki 200 Gbps viename kanale, tuo pačiu sumažinant energijos suvartojimą ir sąnaudas. Per pastaruosius kelerius metus silicio fotonikos technologija buvo plačiai naudojama optinio siųstuvų-imtuvo rinkoje, daugiausia dėl to, kad silicio fotoniką galima masiškai gaminti naudojant subrendusį CMOS procesą. Tačiau SOI elektro-optiniai moduliatoriai, kurie priklauso nuo nešiklio dispersijos, susiduria su dideliais pralaidumo, energijos suvartojimo, laisvos nešiklio absorbcijos ir moduliavimo netiesiškumo iššūkiais. Kiti technologijos maršrutai pramonėje yra INP, plonos plėvelės ličio niobato LNOI, elektro-optiniai polimerai ir kiti daugiaplatforminiai heterogeniniai integracijos sprendimai. LNOI yra laikomas sprendimu, kuris gali pasiekti geriausius ypač didelio greičio ir mažos galios moduliacijos rezultatus, tačiau šiuo metu jis turi tam tikrų iššūkių masinės gamybos proceso ir išlaidų atžvilgiu. Neseniai komanda išleido ploną filmų ličio tantalato (LTOI) integruotą fotoninę platformą su puikiomis fotoelektrinėmis savybėmis ir didelio masto gamyba, kuri, tikimasi, atitiks ar net viršys ličio niobato ir silicio optinių platformų našumą daugelyje programų. Tačiau iki šiol pagrindinis įrenginysOptinis ryšys, ypač didelio greičio elektro-optinis moduliatorius, LTOI nebuvo patikrintas.

Šiame tyrime tyrėjai pirmiausia suprojektavo LTOI elektro-optinį moduliatorių, kurio struktūra parodyta 1 paveiksle. Per kiekvieno ličio tantalato sluoksnio struktūros konstrukciją ant izoliatoriaus ir mikrobangų elektrodo parametrų, sklidimo parametrus, sklidimo sklidimą, sklidimą. Greičio mikrobangų ir šviesos bangos suderinimasElektro-optinis moduliatoriusyra realizuotas. Kalbant apie mikrobangų elektrodo praradimo sumažinimą, pirmą kartą šio darbo tyrėjai pasiūlė sidabro naudojimą kaip elektrodo medžiagą, turinčią geresnį laidumą, ir įrodyta, kad sidabro elektrodas sumažina mikrobangų nuostolius iki 82%, palyginti su 82%, palyginti su Plačiai naudojamas auksinis elektrodas.

Fig. 1 LTOI elektro-optinio moduliatoriaus struktūra, fazių atitikimo dizainas, mikrobangų elektrodo nuostolių bandymas.

Fig. 2 parodo eksperimentinį LTOI elektro-optinio moduliatoriaus, skirtointensyvumas moduliuotasTiesioginis aptikimas (IMDD) optinių ryšių sistemose. Eksperimentai rodo, kad LTOI elektro-optinis moduliatorius gali perduoti PAM8 signalus, kurių ženklo greitis yra 176 GBD, o išmatuota BER 3,8 × 10⁻² žemiau 25% SD-FEC slenksčio. Tiek 200 GBD PAM4, tiek 208 GBD PAM2, BER buvo žymiai mažesnis nei 15% SD-FEC ir 7% HD-FEC slenkstis. Akies ir histogramos testo rezultatas 3 paveiksle vizualiai parodo, kad LTOI elektro-optinis moduliatorius gali būti naudojamas didelės spartos ryšių sistemose, turinčiose didelį tiesiškumą ir mažą bitų klaidų lygį.

Fig. 2 Eksperimentas naudojant LTOI elektro-optinį moduliatoriųIntensyvumas moduliuotasTiesioginis aptikimas (IMDD) optinio ryšio sistemoje (a) eksperimentinis įrenginys; b) PAM8 (RED), PAM4 (Green) ir PAM2 (mėlynos spalvos) signalai išmatuota PAM8 (RED), PAM4 (BER) klaidų lygis (BER) kaip ženklo greičio funkcija; c) Ištraukiamas naudojamos informacijos greitis (oras, brūkšninė linija) ir susijęs grynasis duomenų perdavimo greitis (NDR, vientisa linija) matavimams, kurių bitų klaidos greičio vertės yra mažesnės nei 25% SD-FEC ribos; (D) akių žemėlapiai ir statistinės histogramos pagal PAM2, PAM4, PAM8 moduliaciją.

Šis darbas parodo pirmąjį greitą LTOI elektro-optinį moduliatorių, kurio 3 dB pralaidumas yra 110 GHz. Atliekant intensyvumo moduliavimą tiesioginio aptikimo IMDD perdavimo eksperimentuose, įrenginys pasiekia 405 Gbit/s vieno nešiklio grynojo duomenų perdavimo greitį, kuris yra panašus į geriausią esamų elektrooptinių platformų, tokių kaip LNOI ir plazmos moduliatoriai, našumą. Ateityje, naudojant sudėtingesniusIQ moduliatoriusTikimasi, kad dizainai ar labiau patobulintos signalo klaidų taisymo būdai arba mažesni mikrobangų nuostolių substratai, tokie kaip kvarco substratai, ličio tantalato įtaisai pasieks 2 Tbit/s ar didesnius ryšio greičius. Ličio tantalato fotonikos technologija kartu su specifiniais LTOI pranašumais, tokiais kaip mažesnis dvilypumas ir mastelio efektas, atsirandantis dėl jo plačiai paplitusios kitose RF filtrų rinkose. -greičio optinio ryšio tinklai ir mikrobangų fotonikos sistemos.