Vysokorýchlostný tantalát lítia (LTOI)elektrooptický modulátor
Globálna dátová prevádzka neustále rastie, a to vďaka širokému zavádzaniu nových technológií, ako sú 5G a umelá inteligencia (AI), čo predstavuje značné výzvy pre transceivery na všetkých úrovniach optických sietí. Konkrétne technológia elektrooptických modulátorov novej generácie vyžaduje výrazné zvýšenie rýchlosti prenosu dát na 200 Gbps v jednom kanáli a zároveň zníženie spotreby energie a nákladov. V posledných rokoch sa technológia kremíkovej fotoniky široko používa na trhu optických transceiverov, najmä kvôli tomu, že kremíková fotonika sa dá hromadne vyrábať pomocou vyspelej CMOS technológií. Elektrooptické modulátory SOI, ktoré sa spoliehajú na disperziu nosičov, však čelia veľkým výzvam v oblasti šírky pásma, spotreby energie, absorpcie voľných nosičov a nelinearity modulácie. Medzi ďalšie technologické cesty v tomto odvetví patria InP, tenkovrstvový LNOI s niobátom lítnym, elektrooptické polyméry a ďalšie multiplatformové heterogénne integračné riešenia. LNOI sa považuje za riešenie, ktoré dokáže dosiahnuť najlepší výkon pri ultravysokej rýchlosti a nízkom výkone modulácie, v súčasnosti však čelí určitým výzvam, pokiaľ ide o proces hromadnej výroby a náklady. Tím nedávno uviedol na trh integrovanú fotonickú platformu s tenkým filmom lítium-tantalátu (LTOI) s vynikajúcimi fotoelektrickými vlastnosťami a možnosťou výroby vo veľkom meradle, ktorá by mala v mnohých aplikáciách dosiahnuť alebo dokonca prekonať výkon optických platforiem s niobátom lítium a kremíkom. Doteraz však hlavné zariadenie...optická komunikácia, ultrarýchly elektrooptický modulátor, nebol overený v LTOI.
V tejto štúdii výskumníci najprv navrhli elektrooptický modulátor LTOI, ktorého štruktúra je znázornená na obrázku 1. Prostredníctvom návrhu štruktúry každej vrstvy lítium-tantalátu na izolátore a parametrov mikrovlnnej elektródy sa dosiahlo prispôsobenie rýchlosti šírenia mikrovlnných a svetelných vĺn v...elektrooptický modulátorje realizované. Pokiaľ ide o zníženie strát mikrovlnnej elektródy, výskumníci v tejto práci po prvýkrát navrhli použitie striebra ako elektródového materiálu s lepšou vodivosťou a ukázalo sa, že strieborná elektróda znižuje mikrovlnné straty na 82 % v porovnaní so široko používanou zlatou elektródou.
OBR. 1 Štruktúra elektrooptického modulátora LTOI, návrh fázového prispôsobenia, test straty mikrovlnnej elektródy.
Obr. 2 znázorňuje experimentálne zariadenie a výsledky elektrooptického modulátora LTOI premodulovaná intenzitapriama detekcia (IMDD) v optických komunikačných systémoch. Experimenty ukazujú, že elektrooptický modulátor LTOI dokáže prenášať signály PAM8 s prenosovou rýchlosťou 176 GBd s nameranou BER 3,8×10⁻² pod prahovou hodnotou 25 % SD-FEC. Pre PAM4 s 200 GBd aj PAM2 s 208 GBd bola BER výrazne nižšia ako prahová hodnota 15 % SD-FEC a 7 % HD-FEC. Výsledky testu oka a histogramu na obrázku 3 vizuálne demonštrujú, že elektrooptický modulátor LTOI sa môže použiť vo vysokorýchlostných komunikačných systémoch s vysokou linearitou a nízkou bitovou chybovosťou.
OBR. 2 Experiment s použitím elektrooptického modulátora LTOI preModulovaná intenzitaPriama detekcia (IMDD) v optickom komunikačnom systéme (a) experimentálne zariadenie; (b) Nameraná bitová chybovosť (BER) signálov PAM8 (červená), PAM4 (zelená) a PAM2 (modrá) ako funkcia rýchlosti prenosu signálu; (c) Extrahovaná použiteľná informačná rýchlosť (AIR, prerušovaná čiara) a súvisiaca čistá dátová rýchlosť (NDR, plná čiara) pre merania s hodnotami bitovej chybovosti pod limitom 25 % SD-FEC; (d) Očné mapy a štatistické histogramy pri modulácii PAM2, PAM4, PAM8.
Táto práca demonštruje prvý vysokorýchlostný elektrooptický modulátor LTOI so šírkou pásma 3 dB na frekvencii 110 GHz. V experimentoch s prenosom IMDD s priamou detekciou intenzity dosahuje zariadenie čistú prenosovú rýchlosť jedného nosiča 405 Gbit/s, čo je porovnateľné s najlepším výkonom existujúcich elektrooptických platforiem, ako sú LNOI a plazmové modulátory. V budúcnosti sa použijú zložitejšie...Modulátor IQVďaka návrhom alebo pokročilejším technikám korekcie chýb signálu, alebo s použitím substrátov s nižšími mikrovlnnými stratami, ako sú kremenné substráty, sa očakáva, že zariadenia s lítium-tantalátom dosiahnu komunikačné rýchlosti 2 Tbit/s alebo vyššie. V kombinácii so špecifickými výhodami LTOI, ako je nižší dvojlom a efekt škálovania vďaka jeho širokému použitiu na iných trhoch s RF filtrami, poskytne fotonická technológia s lítium-tantalátom nízkonákladové, nízkoenergetické a ultrarýchle riešenia pre vysokorýchlostné optické komunikačné siete a mikrovlnné fotonické systémy novej generácie.
Čas uverejnenia: 11. decembra 2024