Литијум танталат (ЛТОИ) електро-оптички модулатор велике брзине

Литијум танталат (ЛТОИ) велике брзинеелектро-оптички модулатор

Глобални саобраћај података наставља да расте, вођен широким усвајањем нових технологија као што су 5Г и вештачка интелигенција (АИ), што представља значајне изазове за примопредајнике на свим нивоима оптичких мрежа. Конкретно, технологија електро-оптичког модулатора следеће генерације захтева значајно повећање брзине преноса података на 200 Гбпс у једном каналу уз 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 ЦМОС процеса. Међутим, СОИ електро-оптички модулатори који се ослањају на дисперзију носиоца суочавају се са великим изазовима у пропусном опсегу, потрошњи енергије, апсорпцији слободног носиоца и нелинеарности модулације. Остали технолошки путеви у индустрији укључују ИнП, танкослојни литијум ниобат ЛНОИ, електрооптичке полимере и друга решења за хетерогену интеграцију на више платформи. ЛНОИ се сматра решењем које може постићи најбоље перформансе у ултра-великој брзини и модулацији мале снаге, међутим, тренутно има неке изазове у смислу процеса масовне производње и трошкова. Недавно је тим лансирао танкослојну литијум танталат (ЛТОИ) интегрисану фотонску платформу са одличним фотоелектричним својствима и производњом великих размера, за коју се очекује да ће одговарати или чак премашити перформансе литијум ниобата и силицијум оптичких платформи у многим апликацијама. Међутим, до сада је основни уређај одоптичка комуникација, ултра-брзи електро-оптички модулатор, није верификован у ЛТОИ.

У овој студији, истраживачи су прво дизајнирали ЛТОИ електро-оптички модулатор, чија је структура приказана на слици 1. Кроз дизајн структуре сваког слоја литијум танталата на изолатору и параметара микроталасне електроде, пропагација усклађивање брзине микроталасног и светлосног таласа уелектро-оптички модулаторсе реализује. У смислу смањења губитка микроталасне електроде, истраживачи у овом раду су први пут предложили употребу сребра као материјала за електроду са бољом проводљивошћу, а показало се да сребрна електрода смањује губитак микроталасне пећнице на 82% у поређењу са широко коришћена златна електрода.

Фиг. 1 ЛТОИ електро-оптички модулатор структура, фазно подударање дизајн, микроталасне електроде тест губитка.

Фиг. 2 приказана је експериментална апаратура и резултати ЛТОИ електро-оптичког модулатора замодулисан интензитетдиректна детекција (ИМДД) у оптичким комуникационим системима. Експерименти показују да ЛТОИ електро-оптички модулатор може да преноси ПАМ8 сигнале при брзини знакова од 176 ГБд са измереним БЕР од 3,8×10⁻² испод 25% СД-ФЕЦ прага. И за ПАМ4 од 200 ГБд и за ПАМ2 од 208 ГБд, БЕР је био значајно нижи од прага од 15% СД-ФЕЦ и 7% ХД-ФЕЦ. Резултати теста ока и хистограма на слици 3 визуелно показују да се ЛТОИ електро-оптички модулатор може користити у системима за комуникацију велике брзине са високом линеарношћу и ниском стопом грешака у битовима.

Фиг. 2 Експериментишите користећи ЛТОИ електро-оптички модулатор заИнтензитет модулиранДиректна детекција (ИМДД) у оптичком комуникационом систему (а) експериментални уређај; (б) Измерену стопу грешке у биту (БЕР) сигнала ПАМ8 (црвени), ПАМ4 (зелени) и ПАМ2 (плави) као функција стопе предзнака; (ц) Издвојена употребна брзина информација (АИР, испрекидана линија) и повезана нето брзина података (НДР, пуна линија) за мерења са вредностима стопе битних грешака испод границе од 25% СД-ФЕЦ; (д) Мапе очију и статистички хистограми под ПАМ2, ПАМ4, ПАМ8 модулацијом.

Овај рад демонстрира први ЛТОИ електро-оптички модулатор велике брзине са пропусним опсегом од 3 дБ од 110 ГХз. У експериментима ИМДД преноса са директном детекцијом модулације интензитета, уређај постиже нето брзину преноса података са једним носиоцем од 405 Гбит/с, што је упоредиво са најбољим перформансама постојећих електро-оптичких платформи као што су ЛНОИ и плазма модулатори. У будућности, користећи сложенијеИК модулатордизајна или напреднијих техника корекције грешака у сигналу, или коришћењем супстрата са мањим губитком микроталасног таласа, као што су кварцни супстрати, очекује се да уређаји са литијум танталатом постигну брзину комуникације од 2 Тбит/с или више. У комбинацији са специфичним предностима ЛТОИ-а, као што су нижи дволом и ефекат скале због његове широке примене на другим тржиштима РФ филтера, фотоничка технологија литијум танталата ће обезбедити јефтина, мале снаге и ултра-велике брзине решења за следећу генерацију високих брзина. -брзинске оптичке комуникационе мреже и микроталасни фотонички системи.