Tantalan litu (LTOI) o dużej prędkościmodulator elektrooptyczny
Globalny ruch danych nadal rośnie, napędzany przez powszechne przyjęcie nowych technologii, takich jak 5G i sztuczna inteligencja (AI), co stwarza poważne wyzwania dla transceiverów na wszystkich poziomach sieci optycznych. W szczególności technologia modulatorów elektrooptycznych nowej generacji wymaga znacznego zwiększenia szybkości transferu danych do 200 Gb/s w jednym kanale, przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i kosztów. W ciągu ostatnich kilku lat technologia fotoniki krzemowej była szeroko stosowana na rynku transceiverów optycznych, głównie ze względu na fakt, że fotonikę krzemową można produkować masowo przy użyciu dojrzałego procesu CMOS. Jednak modulatory elektrooptyczne SOI, które opierają się na dyspersji nośnej, stają przed dużymi wyzwaniami w zakresie szerokości pasma, zużycia energii, absorpcji nośnej swobodnej i nieliniowości modulacji. Inne ścieżki technologiczne w branży obejmują InP, cienkowarstwowy niobian litu LNOI, polimery elektrooptyczne i inne wieloplatformowe heterogeniczne rozwiązania integracyjne. LNOI jest uważane za rozwiązanie, które może osiągnąć najlepszą wydajność w ultrawysokiej prędkości i modulacji o niskiej mocy, jednak obecnie ma pewne wyzwania pod względem procesu produkcji masowej i kosztów. Niedawno zespół wprowadził na rynek zintegrowaną platformę fotoniczną z cienkowarstwowego tantalanu litu (LTOI) o doskonałych właściwościach fotoelektrycznych i produkcji na dużą skalę, która ma dorównać lub nawet przewyższyć wydajność platform optycznych z niobianu litu i krzemu w wielu zastosowaniach. Jednak do tej pory główne urządzeniekomunikacja optyczna, ultraszybki modulator elektrooptyczny, nie został zweryfikowany w LTOI.
W tym badaniu naukowcy najpierw zaprojektowali modulator elektrooptyczny LTOI, którego strukturę pokazano na rysunku 1. Poprzez zaprojektowanie struktury każdej warstwy tantalanu litu na izolatorze i parametrów elektrody mikrofalowej, dopasowanie prędkości propagacji mikrofal i fali świetlnej wmodulator elektrooptycznyjest zrealizowany. W odniesieniu do zmniejszenia strat w elektrodzie mikrofalowej, badacze w tej pracy po raz pierwszy zaproponowali użycie srebra jako materiału elektrodowego o lepszej przewodności, a elektroda srebrna okazała się zmniejszać straty mikrofalowe do 82% w porównaniu z powszechnie stosowaną elektrodą złotą.
RYS. 1 Struktura modulatora elektrooptycznego LTOI, konstrukcja dopasowania fazowego, test stratności elektrody mikrofalowej.
Rys. 2 przedstawia aparat eksperymentalny i wyniki modulatora elektrooptycznego LTOI dlaintensywność modulowanadetekcja bezpośrednia (IMDD) w systemach komunikacji optycznej. Eksperymenty pokazują, że modulator elektrooptyczny LTOI może przesyłać sygnały PAM8 ze współczynnikiem sygnału 176 GBd ze zmierzonym współczynnikiem BER wynoszącym 3,8×10⁻² poniżej progu 25% SD-FEC. Zarówno dla 200 GBd PAM4, jak i 208 GBd PAM2, współczynnik BER był znacznie niższy od progu 15% SD-FEC i 7% HD-FEC. Wyniki testu oka i histogramu na rysunku 3 wizualnie pokazują, że modulator elektrooptyczny LTOI może być stosowany w szybkich systemach komunikacji o wysokiej liniowości i niskim współczynniku błędów bitowych.
RYS. 2 Eksperyment z wykorzystaniem modulatora elektrooptycznego LTOIIntensywność modulowanaBezpośrednia detekcja (IMDD) w systemie komunikacji optycznej (a) urządzenie eksperymentalne; (b) Zmierzony współczynnik błędów bitowych (BER) sygnałów PAM8 (czerwony), PAM4 (zielony) i PAM2 (niebieski) jako funkcja współczynnika znaku; (c) Wyodrębniona użyteczna szybkość przesyłania informacji (AIR, linia przerywana) i powiązana szybkość przesyłania danych netto (NDR, linia ciągła) dla pomiarów z wartościami współczynnika błędów bitowych poniżej 25% limitu SD-FEC; (d) Mapy oka i histogramy statystyczne przy modulacji PAM2, PAM4, PAM8.
Niniejsza praca demonstruje pierwszy szybki elektrooptyczny modulator LTOI o szerokości pasma 3 dB wynoszącej 110 GHz. W eksperymentach z bezpośrednią detekcją transmisji IMDD z modulacją intensywności urządzenie osiąga pojedynczą szybkość transmisji netto wynoszącą 405 Gbit/s, co jest porównywalne z najlepszą wydajnością istniejących platform elektrooptycznych, takich jak LNOI i modulatory plazmowe. W przyszłości, przy użyciu bardziej złożonychModulator IQprojekty lub bardziej zaawansowane techniki korekcji błędów sygnału lub przy użyciu podłoży o niższej stracie mikrofalowej, takich jak podłoża kwarcowe, oczekuje się, że urządzenia z tantalanu litu osiągną szybkość komunikacji 2 Tbit/s lub wyższą. W połączeniu ze szczególnymi zaletami LTOI, takimi jak niższa dwójłomność i efekt skali wynikający z szerokiego zastosowania na innych rynkach filtrów RF, technologia fotoniki z tantalanu litu zapewni tanie, energooszczędne i ultraszybkie rozwiązania dla sieci komunikacji optycznej nowej generacji i systemów fotoniki mikrofalowej.
Czas publikacji: 11-12-2024