Литиев танталат (LTOI) с висока скоростелектрооптичен модулатор
Глобалният трафик на данни продължава да расте, воден от широкото приемане на нови технологии като 5G и изкуствен интелект (AI), което поставя значителни предизвикателства пред приемо-предавателите на всички нива на оптичните мрежи. По-конкретно, технологията за електрооптични модулатори от следващо поколение изисква значително увеличение на скоростта на пренос на данни до 200 Gbps в един канал, като същевременно се намалява консумацията на енергия и разходите. През последните няколко години технологията на силициевата фотоника се използва широко на пазара на оптични приемо-предаватели, главно поради факта, че силициевата фотоника може да се произвежда масово, използвайки зрял CMOS процес. SOI електрооптичните модулатори, които разчитат на дисперсия на носещите, обаче са изправени пред големи предизвикателства по отношение на честотната лента, консумацията на енергия, абсорбцията на свободните носители и нелинейността на модулацията. Други технологични пътища в индустрията включват InP, тънкослоен литиево-ниобатен LNOI, електрооптични полимери и други многоплатформени хетерогенни интеграционни решения. LNOI се счита за решението, което може да постигне най-добра производителност при ултрависока скорост и ниска мощност на модулация, но в момента има някои предизвикателства по отношение на процеса на масово производство и разходите. Наскоро екипът пусна на пазара тънкослойна интегрирана фотонна платформа с литиев танталат (LTOI) с отлични фотоелектрични свойства и мащабно производство, която се очаква да достигне или дори да надмине производителността на оптичните платформи с литиев ниобат и силиций в много приложения. Досега обаче основното устройство на...оптична комуникация, ултрависокоскоростният електрооптичен модулатор, не е проверен в LTOI.
В това проучване, изследователите първо са проектирали електрооптичния модулатор LTOI, чиято структура е показана на Фигура 1. Чрез проектирането на структурата на всеки слой литиев танталат върху изолатора и параметрите на микровълновия електрод, скоростта на разпространение на микровълновата и светлинната вълна в...електрооптичен модулаторе реализирано. По отношение на намаляването на загубите на микровълновия електрод, изследователите в тази работа за първи път предлагат използването на сребро като електроден материал с по-добра проводимост и е показано, че сребърният електрод намалява загубите на микровълни до 82% в сравнение с широко използвания златен електрод.
ФИГ. 1 Структура на електрооптичен модулатор LTOI, дизайн за фазово съгласуване, тест за загуба на микровълнов електрод.
ФИГ. 2 показва експерименталната апаратура и резултатите от LTOI електрооптичния модулатор замодулирана интензивностдиректно откриване (IMDD) в оптични комуникационни системи. Експериментите показват, че електрооптичният модулатор LTOI може да предава PAM8 сигнали със скорост на предаване на сигнала от 176 GBd с измерена BER от 3.8×10⁻² под прага от 25% SD-FEC. Както за 200 GBd PAM4, така и за 208 GBd PAM2, BER е значително по-нисък от прага от 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Резултатите от теста „око“ и хистограмата на Фигура 3 визуално показват, че електрооптичният модулатор LTOI може да се използва във високоскоростни комуникационни системи с висока линейност и нисък процент на битови грешки.
ФИГ. 2 Експеримент с използване на LTOI електрооптичен модулатор заМодулирана интензивностДиректно откриване (IMDD) в оптична комуникационна система (a) експериментално устройство; (b) Измерената честота на битова грешка (BER) на PAM8 (червен), PAM4 (зелен) и PAM2 (син) сигнали като функция на скоростта на предаване на сигнала; (c) Извлечена скорост на използваема информация (AIR, пунктирана линия) и свързана нетна скорост на предаване на данни (NDR, плътна линия) за измервания със стойности на честотата на битова грешка под 25% SD-FEC границата; (d) Очни карти и статистически хистограми при PAM2, PAM4, PAM8 модулация.
Тази работа демонстрира първия високоскоростен LTOI електрооптичен модулатор с честотна лента от 3 dB, честотна лента от 110 GHz. В експерименти за предаване с директно детектиране и IMDD с модулация на интензитета, устройството постига нетна скорост на предаване на данни с един носител от 405 Gbit/s, което е сравнимо с най-добрите показатели на съществуващите електрооптични платформи, като LNOI и плазмени модулатори. В бъдеще, използването на по-сложни...IQ модулаторЧрез проекти или по-усъвършенствани техники за коригиране на грешки в сигнала, или използване на подложки с по-ниски микровълнови загуби, като например кварцови подложки, се очаква устройствата с литиев танталат да постигнат скорости на комуникация от 2 Tbit/s или по-високи. В комбинация със специфичните предимства на LTOI, като по-ниско двулъчепречупване и ефект на мащаба, дължащ се на широкото му приложение на други пазари на RF филтри, фотонната технология с литиев танталат ще осигури нискобюджетни, енергоспестяващи и ултрависокоскоростни решения за високоскоростни оптични комуникационни мрежи от следващо поколение и микровълнови фотонни системи.
Време на публикуване: 11 декември 2024 г.