Висока скорост на литиева танталат (LTOI)електрооптичен модулатор
Глобалният трафик на данни продължава да нараства, обусловен от широкото приемане на нови технологии като 5G и изкуствен интелект (AI), който представлява значителни предизвикателства за приемо -предавателите на всички нива на оптичните мрежи. По-конкретно, електрооптичната технология на модулатора от следващо поколение изисква значително увеличение на скоростите на пренос на данни до 200 Gbps в един канал, като същевременно намалява потреблението на енергия и разходите. През последните няколко години технологията на силиконовата фотоника се използва широко на пазара на оптични приемо-приеми, главно поради факта, че силиконовата фотоника може да бъде произведена масово с помощта на зряла CMOS процес. Въпреки това, SOI електрооптичните модулатори, които разчитат на дисперсията на носителя, са изправени пред големи предизвикателства в честотната лента, консумацията на енергия, свободното абсорбция на носители и нелинейността на модулацията. Други технологични маршрути в индустрията включват INP, тънък филм Lithium niobate LNOI, електрооптични полимери и други многоплатформени хетерогенни интеграционни решения. LNOI се счита за решение, което може да постигне най-доброто представяне в ултра висока скорост и модулация с ниска мощност, но в момента има някои предизвикателства по отношение на масовия производствен процес и разходите. Наскоро екипът стартира интегрирана фотонна платформа с тънък филм Lithium tantalate (LTOI) с отлични фотоелектрически свойства и мащабно производство, което се очаква да съвпада или дори надвишава работата на оптичните платформи на Lithium Niobate и Silicon в много приложения. Досега обаче основното устройство наоптична комуникация, Електрооптичният модулатор на ултрависока скорост не е проверен в LTOI.
В това проучване изследователите първо проектираха електрооптичния модулатор на LTOI, чиято структура е показана на фигура 1. Чрез дизайна на структурата на всеки слой литиев танталат върху изолатора и параметрите на микровълновия електрод, скоростта на разпространение, съвпадаща на микровълновата и светлинната вълна в натрапчивия електроделектрооптичен модулаторсе реализира. По отношение на намаляването на загубата на микровълновия електрод, изследователите в тази работа за първи път предложиха използването на сребро като електрод с по -добра проводимост и беше показано, че сребърният електрод намалява загубата на микровълнова до 82% в сравнение с широко използвания златен електрод.
Фиг. 1 LTOI електрооптична структура на модулатора, дизайн на фазово съвпадение, тест за загуба на микровълнов електрод.
Фиг. 2 показва експерименталния апарат и резултатите от електрооптичния модулатор LTOI заИнтензивност модулиранаДиректно откриване (IMDD) в оптични комуникационни системи. Експериментите показват, че електрооптичният модулатор на LTOI може да предава PAM8 сигнали със скорост на знака 176 GBD с измерен BER от 3,8 × 10⁻² под 25% SD-FEC прага. И за 200 GBD PAM4 и 208 GBD PAM2, BER е значително по-нисък от прага от 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Резултатите от теста за очи и хистограма на фигура 3 визуално показват, че електрооптичният модулатор на LTOI може да се използва във високоскоростни комуникационни системи с висока линейност и ниска скорост на грешка.
Фиг. 2 Експериментирайте с помощта на LTOI електрооптичен модулатор заИнтензивност модулиранаДиректно откриване (IMDD) в експериментално устройство за оптична комуникация (A); (б) измерената скорост на битова грешка (BER) на PAM8 (червен), PAM4 (зелен) и PAM2 (синьо) сигнали като функция от скоростта на знака; в) извлечена използваема информация за информацията (въздух, пунктирана линия) и свързана с нетна скорост на данни (NDR, плътна линия) за измервания със стойности на скоростта на бит-грешка под границата на 25% SD-FEC; (D) Очни карти и статистически хистограми по PAM2, PAM4, PAM8 модулация.
Тази работа демонстрира първия високоскоростен LTOI електрооптичен модулатор с 3 dB честотна лента от 110 GHz. При интензивно модулация директно откриване на IMDD експерименти за предаване на IMDD, устройството постига единична нетна скорост на данни от 405 Gbit/s, което е сравнимо с най-добрата работа на съществуващите електрооптични платформи като LNOI и плазмени модулатори. В бъдеще, използвайки по -сложниIQ модулаторДизайн или по -усъвършенствани техники за коригиране на грешки в сигнала или използване на субстрати от по -ниска микровълнова загуба, като кварцови субстрати, се очаква литиево -танталатните устройства да постигнат скорости на комуникация от 2 tbit/s или по -високи. В комбинация със специфичните предимства на LTOI, като по-ниско двупосочно и мащабния ефект поради широкото му приложение на други пазари на RF филтри, литиевата танталатна фотоника технология ще осигури нискотарифни, нискомощни и ултра високи решения за следващо поколение оптични комуникационни мрежи и микровълнови фотонични системи за високоскоростни оптични комуникационни мрежи и микровълнови фотонични системи.
Време за публикация: Декември-11-2024