Litija tantalāta (LTOI) ātrgaitas elektro-optiskais modulators

Litija tantalāts (LTOI) Liels ātrumselektrooptiskais modulators

Globālā datu trafika turpina pieaugt, kuru virza plaši izplatīta jaunu tehnoloģiju, piemēram, 5G un mākslīgā intelekta (AI), pieņemšana, kas rada ievērojamas problēmas raiduztvērējiem visos optisko tīklu līmeņos. Konkrēti, nākamās paaudzes elektro-optiskā modulatora tehnoloģija prasa ievērojamu datu pārsūtīšanas ātrumu pieaugumu līdz 200 Gbps vienā kanālā, vienlaikus samazinot enerģijas patēriņu un izmaksas. Dažos pēdējos gados silīcija fotonikas tehnoloģija ir plaši izmantota optiskā raiduztvērēju tirgū, galvenokārt tāpēc, ka silīcija fotoniku var masveidā ražot, izmantojot nobriedušu CMOS procesu. Tomēr SOI elektro-optiskie modulatori, kas paļaujas uz nesēju izkliedi, saskaras ar lieliem izaicinājumiem joslas platumā, enerģijas patēriņā, brīvā nesēja absorbcijā un modulācijas nelinearitātē. Citi tehnoloģiju maršruti nozarē ietver INP, plānas plēves litija niobate LNOI, elektrooptiskos polimērus un citus daudzplatformu neviendabīgus integrācijas risinājumus. LNOI tiek uzskatīts par risinājumu, kas var sasniegt vislabāko veiktspēju īpaši augstā ātrumā un mazjaudas modulācijā, tomēr tai pašlaik ir dažas problēmas attiecībā uz masveida ražošanas procesu un izmaksām. Nesen komanda uzsāka plānas filmas litija tantalāta (LTOI) integrētu fotonisko platformu ar izcilām fotoelektriskām īpašībām un liela mēroga ražošanu, kas, domājams, sakrīt vai pat pārsniegs litija niobāta un silīcija optisko platformu veiktspēju daudzās lietojumprogrammās. Tomēr līdz šim galvenā galvenā ierīceOptiskā komunikācija, īpaši augsta ātruma elektro-optiskais modulators, nav pārbaudīts LTOI.

Šajā pētījumā pētnieki vispirms projektēja LTOI elektro-optisko modulatoru, kura struktūra ir parādīta 1. attēlā. Izstrādājot katra litija tantalāta slāņa struktūru uz izolatoru un mikroviļņu elektrodu parametriem, izplatīšanos ātruma saskaņošana ar mikroviļņu un gaismas viļņuElektrooptiskais modulatorstiek realizēts. Runājot par mikroviļņu elektrodu zaudēšanas samazināšanu, pētnieki šajā darbā pirmo reizi ierosināja sudraba izmantošanu kā elektrodu materiālu ar labāku vadītspēju, un tika pierādīts, ka sudraba elektrods samazina mikroviļņu zudumu līdz 82%, salīdzinot ar plaši izmantots zelta elektrods.

Fig. 1 LTOI elektro-optiskā modulatora struktūra, fāžu saskaņošanas konstrukcija, mikroviļņu elektrodu zuduma pārbaude.

Fig. 2 parāda LTOI elektro-optiskā modulatora eksperimentālo aparātu un rezultātusModulēta intensitāteTieša noteikšana (IMDD) optiskajās sakaru sistēmās. Eksperimenti rāda, ka LTOI elektro-optiskais modulators var pārraidīt PAM8 signālus ar zīmes ātrumu 176 GBD ar izmērīto BER 3,8 × 10⁻² zem 25% SD-FEC sliekšņa. Gan 200 GBD PAM4, gan 208 GBD PAM2 BER bija ievērojami zemāks par 15% SD-FEC un 7% HD-FEC slieksni. Acu un histogrammas testa rezultāti 3. attēlā vizuāli parāda, ka LTOI elektrooptisko modulatoru var izmantot ātrgaitas sakaru sistēmās ar augstu linearitāti un zemu bitu kļūdu ātrumu.

Fig. 2 Eksperiments, izmantojot LTOI elektro-optisko modulatoruModulēta intensitāteTieša noteikšana (IMDD) optiskās sakaru sistēmā (a) Eksperimentālā ierīce; b) PAM8 (sarkanā), PAM4 (zaļā) un PAM2 (zilā) signālu izmērītais bitu kļūdu līmenis (BER) kā zīmes ātruma funkcija; c) ieguva izmantojamu informācijas ātrumu (gaisa, pārtraukta līnija) un ar to saistīto neto datu pārraides ātrumu (NDR, cieta līnija) mērījumiem ar bitu kļūdu ātruma vērtībām zem 25% SD-FEC ierobežojuma; (D) Acu kartes un statistiskās histogrammas zem PAM2, PAM4, PAM8 modulācijas.

Šis darbs parāda pirmo ātrgaitas LTOI elektro-optisko modulatoru ar 3 dB joslas platumu 110 GHz. Intensitātes modulācijas tiešas noteikšanas IMDD pārraides eksperimentos ierīce sasniedz vienu nesēju neto datu pārraides ātrumu 405 Gbit/s, kas ir salīdzināms ar esošo elektrooptisko platformu, piemēram, LNOI un plazmas modulatoru, labāko veiktspēju. Nākotnē, izmantojot sarežģītākuIQ modulatorsParedzams, ka dizains vai modernākas signāla kļūdu korekcijas metodes vai zemāku mikroviļņu zudumu substrātu, piemēram, kvarca substrātu, litija tantalāta ierīces, sagaidāms, ka komunikācijas ātrums ir 2 Tbit/s vai augstāks. Apvienojumā ar LTOI īpašajām priekšrocībām, piemēram, zemāku divkāršošanos un mēroga efektu, kas saistīts ar tā plaši izplatīto pielietojumu citos RF filtru tirgos, litija tantalāta fotonikas tehnoloģija nodrošinās zemu cenu, mazjaudas un īpaši augstas iespējas risinājumiem nākamās paaudzes augstas vērtības augstas izmaksas -SPEED optisko sakaru tīkli un mikroviļņu fotonikas sistēmas.