Танталат літію (LTOI) висока швидкістьелектрооптичний модулятор
Глобальний трафік даних продовжує зростати завдяки широкому впровадженню нових технологій, таких як 5G і штучний інтелект (AI), що створює значні проблеми для приймачів на всіх рівнях оптичних мереж. Зокрема, технологія електрооптичних модуляторів наступного покоління вимагає значного збільшення швидкості передачі даних до 200 Гбіт/с в одному каналі, одночасно зменшуючи споживання енергії та витрати. В останні кілька років технологія кремнієвої фотоніки широко використовується на ринку оптичних трансиверів, головним чином завдяки тому факту, що кремнієву фотоніку можна масово виробляти за допомогою зрілого процесу CMOS. Однак електрооптичні модулятори SOI, які покладаються на дисперсію несучої, стикаються з великими проблемами щодо пропускної здатності, споживання енергії, вільного поглинання несучої та нелінійності модуляції. Інші технологічні шляхи в галузі включають InP, тонкоплівковий ніобат літію LNOI, електрооптичні полімери та інші багатоплатформні гетерогенні інтеграційні рішення. LNOI вважається рішенням, яке може досягти найкращої продуктивності в надвисокій швидкості та модуляції низької потужності, однак наразі воно має деякі проблеми з точки зору процесу масового виробництва та вартості. Нещодавно команда запустила тонкоплівкову інтегровану фотонну платформу з танталату літію (LTOI) з чудовими фотоелектричними властивостями та великомасштабним виробництвом, яка, як очікується, відповідатиме або навіть перевищуватиме продуктивність оптичних платформ із ніобату літію та кремнію в багатьох додатках. Однак до цих пір основний пристрій ооптичний зв'язок, надшвидкісний електрооптичний модулятор, не було перевірено в LTOI.
У цьому дослідженні дослідники вперше розробили електрооптичний модулятор LTOI, структуру якого показано на малюнку 1. Завдяки дизайну структури кожного шару танталату літію на ізоляторі та параметрам мікрохвильового електрода поширення узгодження швидкості мікрохвильової та світлової хвильелектрооптичний модуляторреалізується. З точки зору зменшення втрат мікрохвильового електрода дослідники в цій роботі вперше запропонували використовувати срібло як матеріал електрода з кращою провідністю, і було показано, що срібний електрод зменшує мікрохвильові втрати до 82% порівняно з Широко використовується золотий електрод.
ФІГ. 1 структура електрооптичного модулятора LTOI, конструкція фазового узгодження, тест на втрати мікрохвильового електрода.
ФІГ. 2 показано експериментальне обладнання та результати електрооптичного модулятора LTOI длямодульована інтенсивністьпряме виявлення (IMDD) в оптичних системах зв'язку. Експерименти показують, що електрооптичний модулятор LTOI може передавати сигнали PAM8 зі швидкістю знака 176 ГБд з виміряним BER 3,8×10⁻² нижче порогового значення SD-FEC на 25%. Як для 200 ГБд PAM4, так і для 208 ГБд PAM2 BER був значно нижчим за порогове значення 15% SD-FEC і 7% HD-FEC. Результати тесту на око та гістограми на малюнку 3 наочно демонструють, що електрооптичний модулятор LTOI можна використовувати у високошвидкісних системах зв’язку з високою лінійністю та низьким рівнем бітових помилок.
ФІГ. 2 Експериментуйте з електрооптичним модулятором LTOI дляМодульована інтенсивністьПряме виявлення (IMDD) в системі оптичного зв'язку (a) експериментальний пристрій; (b) Виміряний коефіцієнт бітових помилок (BER) сигналів PAM8 (червоний), PAM4 (зелений) і PAM2 (синій) як функція частоти знаків; (c) Швидкість витягнутої корисної інформації (AIR, пунктирна лінія) та пов’язана чиста швидкість передачі даних (NDR, суцільна лінія) для вимірювань зі значеннями частоти бітових помилок нижче 25% обмеження SD-FEC; (d) Карти очей і статистичні гістограми під модуляцією PAM2, PAM4, PAM8.
Ця робота демонструє перший високошвидкісний електрооптичний модулятор LTOI із смугою пропускання 3 дБ 110 ГГц. У експериментах із прямим виявленням модуляції інтенсивності передавання IMDD пристрій досягає чистої швидкості передачі даних на одній несучій 405 Гбіт/с, що можна порівняти з найкращою продуктивністю існуючих електрооптичних платформ, таких як LNOI та плазмові модулятори. Надалі використовують більш складніМодулятор IQконструкції або більш просунуті методи корекції помилок сигналу або використання підкладок з меншими мікрохвильовими втратами, таких як кварцові підкладки, очікується, що пристрої з танталату літію досягнуть швидкості зв’язку 2 Тбіт/с або вище. У поєднанні з особливими перевагами LTOI, такими як менше подвійне променезаломлення та ефект масштабу завдяки його широкому застосуванню на інших ринках радіочастотних фільтрів, технологія фотоніки танталату літію забезпечить недорогі, малопотужні та надшвидкісні рішення для високошвидкісних пристроїв нового покоління. -швидкісні оптичні мережі зв'язку та мікрохвильові фотонічні системи.
Час публікації: 11 грудня 2024 р