Vysoká rýchlosť lítium -tantalátu (LTOI)elektromoptický modulátor
Globálny dátový prenos naďalej rastie, poháňaný rozsiahlym prijímaním nových technológií, ako je 5G a umelá inteligencia (AI), čo predstavuje významné výzvy pre vysielače na všetkých úrovniach optických sietí. Konkrétne, technológia elektrooptického modulátora novej generácie vyžaduje výrazné zvýšenie miery prenosu údajov na 200 Gbps v jednom kanáli a zároveň znižuje spotrebu energie a náklady. V posledných niekoľkých rokoch sa technológia kremíkovej fotoniky široko používa na trhu s optickým vysielateľom, najmä kvôli skutočnosti, že kremíkové fotoniky sa dajú hromadne vyrábať pomocou zrelého procesu CMOS. Elektroooptické modulátory SOI, ktoré sa spoliehajú na disperziu nosiča, však čelia veľkým výzvam pri šírke pásma, spotrebe energie, absorpcii voľného nosiča a modulačnej nelinearity. Medzi ďalšie technologické trasy v tomto odvetví patrí INP, tenký filmový litium niobate LNOI, elektromoptické polyméry a ďalšie heterogénne integračné roztoky s viacerými platformami. LNOI sa považuje za riešenie, ktoré môže dosiahnuť najlepší výkon ultra vysokou rýchlosťou a moduláciou nízkej energie, v súčasnosti však má určité výzvy, pokiaľ ide o proces a náklady na hromadnú výrobu. Tím nedávno spustil tenký filmový litalát (LTOI) integrovanú fotonickú platformu s vynikajúcimi fotoelektrickými vlastnosťami a veľkým výrobkom, ktorá sa v mnohých aplikáciách zhoduje alebo dokonca prekročí výkon optických platforiem lítium niobate a kremíka. Doteraz však základné zariadenieoptická komunikácia, ultra-vysoký elektromoptický modulátor, nebol overený v LTOI.
V tejto štúdii vedci najprv navrhli elektromoptický modulátor LTOI, ktorého štruktúra je znázornená na obrázku 1. Prostredníctvom konštrukcie štruktúry každej vrstvy lítium-tantalátu na izolátore a parametre mikrovlnnej elektródy, porovnávanie rýchlosti šírenia mikrovlnnej a svetlej vlny v vlne v mikrovlnnej rúre v mikrovlnnej rúrelektromoptický modulátorje realizovaný. Pokiaľ ide o zníženie straty mikrovlnnej elektródy, vedci v tejto práci prvýkrát navrhli použitie striebra ako elektródového materiálu s lepšou vodivosťou a ukázalo sa, že strieborná elektróda znižuje stratu mikrovlnnej rúry na 82% v porovnaní so široko používanou zlatou elektródou.
Obr. 1 LTOI Elektromoptická štruktúra modulátora, konštrukcia fázového porovnávania, test straty mikrovlnnej elektródy.
Obr. 2 ukazuje experimentálny prístroj a výsledky elektromoptického modulátora LTOI premodulovaná intenzitaPriama detekcia (IMDD) v optických komunikačných systémoch. Experimenty ukazujú, že elektrooptický modulátor LTOI môže vysielať signály PAM8 pri značkovej rýchlosti 176 GBD s nameraným BER 3,8 × 10⁻² pod prahom 25% SD-FEC. V prípade 200 GBD PAM4 a 208 GBD PAM2 bol BER významne nižší ako prah 15% SD-FEC a 7% HD-FEC. Výsledky testov očí a histogramu na obrázku 3 vizuálne demonštrujú, že elektrooptický modulátor LTOI sa môže použiť vo vysokorýchlostných komunikačných systémoch s vysokou linearitou a nízkou chybovosťou bit.
Obr. 2 Experiment s použitím elektrooptického modulátora LTOI preModulovaná intenzitaPriama detekcia (IMDD) v optickom komunikačnom systéme (A) Experimentálne zariadenie; (b) meraná bitová chybová miera (BER) PAM8 (červená), PAM4 (zelená) a PAM2 (modrá) signály ako funkcia rýchlosti znaku; (C) extrahovaná miera použiteľnej informácie (vzduch, prerušovaná čiara) a pridružená čistá rýchlosť dát (NDR, plná čiara) pre merania s hodnotami bit-omyl pod hranicou 25% SD-FEC; (D) očné mapy a štatistické histogramy pod PAM2, PAM4, PAM8 Modulation.
Táto práca demonštruje prvý vysokorýchlostný elektrooptický modulátor LTOI s šírkou pásma 3 dB 110 GHz. Pri priamej detekcii intenzity experimenty IMDD prenosu zariadenia dosahuje jednu čistú dátovú rýchlosť nosiča 405 GBIT/s, čo je porovnateľné s najlepším výkonom existujúcich elektromoptických platforiem, ako sú LNOI a plazmové modulátory. V budúcnosti používanie zložitejšieIQ ModulátorDizajn alebo pokročilejšie techniky korekcie chýb signálu alebo s použitím nižších substrátov mikrovlnnej straty, ako sú kremenné substráty, sa očakáva, že líti -tantalátové zariadenia dosiahnu rýchlosť komunikácie 2 TBIT/s alebo vyššie. V kombinácii so špecifickými výhodami LTOI, ako je nižší dvojlomový a efekt mierky v dôsledku jeho rozsiahlej aplikácie na iných trhoch s filtrami RF, poskytne technológia lítium-tantalátovej fotoniky nízkonákladové, nízkonákladové a mikrovlnné fotoatonické systémy s nízkymi hodnotami a ultra vysokou rýchlosťou.
Čas príspevku: december 11-2024