Литијум танталат (LTOI) велике брзинеелектрооптички модулатор
Глобални саобраћај података наставља да расте, вођен широким усвајањем нових технологија као што су 5G и вештачка интелигенција (AI), што представља значајне изазове за примопредајнике на свим нивоима оптичких мрежа. Конкретно, технологија електрооптичких модулатора следеће генерације захтева значајно повећање брзине преноса података на 200 Gbps у једном каналу, уз истовремено смањење потрошње енергије и трошкова. У последњих неколико година, технологија силицијумске фотонике се широко користи на тржишту оптичких примопредајника, углавном због чињенице да се силицијумска фотоника може масовно производити коришћењем зрелог CMOS процеса. Међутим, SOI електрооптички модулатори који се ослањају на дисперзију носача суочавају се са великим изазовима у погледу пропусног опсега, потрошње енергије, апсорпције слободних носача и нелинеарности модулације. Други технолошки путеви у индустрији укључују InP, танкослојни LNOI литијум ниобата, електрооптичке полимере и друга вишеплатформска хетерогена интеграциона решења. LNOI се сматра решењем које може постићи најбоље перформансе у модулацији ултра велике брзине и мале снаге, међутим, тренутно има неке изазове у погледу процеса масовне производње и трошкова. Недавно је тим лансирао интегрисану фотонску платформу са танким филмом литијум танталата (LTOI) са одличним фотоелектричним својствима и производњом у великим размерама, за коју се очекује да ће у многим применама испунити или чак премашити перформансе оптичких платформи са литијум ниобатом и силицијумом. Међутим, до сада, основни уређај...оптичка комуникација, ултрабрзи електрооптички модулатор, није верификован у LTOI.
У овој студији, истраживачи су прво пројектовали LTOI електрооптички модулатор, чија је структура приказана на слици 1. Кроз дизајн структуре сваког слоја литијум танталата на изолатору и параметре микроталасне електроде, постигнуто је усклађивање брзине простирања микроталасног и светлосног таласа уелектрооптички модулаторје реализовано. Што се тиче смањења губитака микроталасне електроде, истраживачи у овом раду су први пут предложили употребу сребра као материјала за електроде са бољом проводљивошћу, а показало се да сребрна електрода смањује губитак микроталаса на 82% у поређењу са широко коришћеном златном електродом.
СЛ. 1 Структура LTOI електрооптичког модулатора, дизајн фазног усклађивања, тест губитка микроталасне електроде.
Слика 2 приказује експериментални апарат и резултате LTOI електрооптичког модулатора заинтензитет модулисандиректно детектовање (IMDD) у оптичким комуникационим системима. Експерименти показују да LTOI електрооптички модулатор може да преноси PAM8 сигнале брзином знака од 176 GBd са измереним BER-ом од 3,8×10⁻² испод прага од 25% SD-FEC. И за 200 GBd PAM4 и за 208 GBd PAM2, BER је био значајно нижи од прага од 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Резултати теста ока и хистограма на слици 3 визуелно показују да се LTOI електрооптички модулатор може користити у комуникационим системима велике брзине са високом линеарношћу и ниском стопом грешака бита.
Сл. 2 Експеримент коришћењем LTOI електрооптичког модулатора заМодулирани интензитетДиректна детекција (IMDD) у оптичком комуникационом систему (а) експериментални уређај; (б) Измерена стопа грешака бита (BER) PAM8 (црвена), PAM4 (зелена) и PAM2 (плава) сигнала као функција брзине знака; (ц) Екстрактована брзина употребљивих информација (AIR, испрекидана линија) и придружена нето брзина преноса података (NDR, пуна линија) за мерења са вредностима стопе грешака бита испод границе од 25% SD-FEC; (д) Мапе ока и статистички хистограми под PAM2, PAM4, PAM8 модулацијом.
Овај рад демонстрира први LTOI електрооптички модулатор велике брзине са пропусним опсегом од 3 dB на 110 GHz. У експериментима преноса са директном детекцијом IMDD и модулацијом интензитета, уређај постиже нето брзину преноса података једног носача од 405 Gbit/s, што је упоредиво са најбољим перформансама постојећих електрооптичких платформи као што су LNOI и плазма модулатори. У будућности, коришћење сложенијих...Модулатор интелигенциједизајна или напреднијих техника корекције грешака сигнала, или коришћења подлога са мањим губицима микроталаса као што су кварцне подлоге, очекује се да ће уређаји са литијум танталатом постићи брзине комуникације од 2 Tbit/s или више. У комбинацији са специфичним предностима LTOI-а, као што су ниже двопреламање и ефекат скалирања због његове широке примене на другим тржиштима РФ филтера, технологија фотонике литијум танталата ће обезбедити јефтина, енергетски ефикасна и ултрабрза решења за оптичке комуникационе мреже велике брзине следеће генерације и микроталасне фотонске системе.
Време објаве: 11. децембар 2024.