Litijev tantalat (LTOI) visoke hitrostielektrooptični modulator
Svetovni podatkovni promet še naprej narašča, kar je posledica široke uporabe novih tehnologij, kot sta 5G in umetna inteligenca (AI), kar predstavlja velike izzive za oddajnike-sprejemnike na vseh ravneh optičnih omrežij. Natančneje, tehnologija elektrooptičnih modulatorjev naslednje generacije zahteva znatno povečanje hitrosti prenosa podatkov na 200 Gbps v enem samem kanalu, hkrati pa zmanjšuje porabo energije in stroške. V zadnjih nekaj letih se je tehnologija silicijeve fotonike pogosto uporabljala na trgu optičnih oddajnikov-sprejemnikov, predvsem zaradi dejstva, da je silicijev fotoniko mogoče množično proizvajati z uporabo zrelega CMOS postopka. Vendar pa se elektrooptični modulatorji SOI, ki se zanašajo na disperzijo nosilcev, soočajo z velikimi izzivi glede pasovne širine, porabe energije, absorpcije prostih nosilcev in nelinearnosti modulacije. Druge tehnološke poti v industriji vključujejo InP, tankoplastni litijev niobat LNOI, elektrooptične polimere in druge večplatformske heterogene integracijske rešitve. LNOI velja za rešitev, ki lahko doseže najboljšo zmogljivost pri modulaciji z ultra visoko hitrostjo in nizko porabo energije, vendar se trenutno sooča z nekaterimi izzivi glede procesa množične proizvodnje in stroškov. Nedavno je ekipa predstavila tankoslojno litijevo tantalatno (LTOI) integrirano fotonsko platformo z odličnimi fotoelektričnimi lastnostmi in obsežno proizvodnjo, za katero se pričakuje, da bo v številnih aplikacijah dosegla ali celo presegla zmogljivost optičnih platform na osnovi litijevega niobata in silicija. Vendar pa je bila do sedaj osrednja naprava ...optična komunikacija, ultra hitri elektrooptični modulator, ni bil preverjen v LTOI.
V tej študiji so raziskovalci najprej zasnovali elektrooptični modulator LTOI, katerega struktura je prikazana na sliki 1. Z zasnovo strukture vsake plasti litijevega tantalata na izolatorju in parametri mikrovalovne elektrode je bilo doseženo ujemanje hitrosti širjenja mikrovalovnega in svetlobnega valovanja velektrooptični modulatorje doseženo. Kar zadeva zmanjšanje izgub mikrovalovne elektrode, so raziskovalci v tem delu prvič predlagali uporabo srebra kot elektrodnega materiala z boljšo prevodnostjo, pri čemer je bilo dokazano, da srebrna elektroda zmanjša mikrovalovne izgube na 82 % v primerjavi s široko uporabljeno zlato elektrodo.
SLIKA 1 Struktura elektrooptičnega modulatorja LTOI, zasnova faznega ujemanja, preizkus izgube mikrovalovne elektrode.
SLIKA 2 prikazuje eksperimentalno napravo in rezultate elektrooptičnega modulatorja LTOI zamodulirana intenzivnostneposredno zaznavanje (IMDD) v optičnih komunikacijskih sistemih. Poskusi kažejo, da lahko elektrooptični modulator LTOI prenaša signale PAM8 s hitrostjo predznaka 176 GBd z izmerjenim BER 3,8 × 10⁻² pod pragom 25 % SD-FEC. Za 200 GBd PAM4 in 208 GBd PAM2 je bil BER bistveno nižji od praga 15 % SD-FEC in 7 % HD-FEC. Rezultati očesnega in histogramskega testa na sliki 3 vizualno kažejo, da se elektrooptični modulator LTOI lahko uporablja v visokohitrostnih komunikacijskih sistemih z visoko linearnostjo in nizko stopnjo bitnih napak.
SLIKA 2 Poskus z uporabo elektrooptičnega modulatorja LTOI zaModulirana intenzivnostNeposredno zaznavanje (IMDD) v optičnem komunikacijskem sistemu (a) eksperimentalna naprava; (b) Izmerjena stopnja bitnih napak (BER) signalov PAM8 (rdeča), PAM4 (zelena) in PAM2 (modra) kot funkcija hitrosti predznaka; (c) Izvlečena uporabna informacijska hitrost (AIR, črtkana črta) in pripadajoča neto podatkovna hitrost (NDR, polna črta) za meritve z vrednostmi bitnih napak pod mejo 25 % SD-FEC; (d) Očesni zemljevidi in statistični histogrami pri modulaciji PAM2, PAM4, PAM8.
To delo prikazuje prvi visokohitrostni elektrooptični modulator LTOI s pasovno širino 3 dB pri 110 GHz. V poskusih prenosa z direktno detekcijo IMDD z modulacijo intenzivnosti naprava doseže neto hitrost prenosa podatkov z enim nosilcem 405 Gbit/s, kar je primerljivo z najboljšo zmogljivostjo obstoječih elektrooptičnih platform, kot so LNOI in plazemski modulatorji. V prihodnosti bo uporaba kompleksnejših...Modulator IQZ uporabo naprednejših tehnik popravljanja napak signalov ali z uporabo substratov z nižjimi mikrovalovnimi izgubami, kot so kremenčevi substrati, naj bi naprave z litijevim tantalatom dosegle komunikacijske hitrosti 2 Tbit/s ali več. V kombinaciji s specifičnimi prednostmi LTOI, kot sta nižja dvolomnost in učinek obsega zaradi široke uporabe na drugih trgih RF filtrov, bo fotonska tehnologija litijevega tantalata zagotovila cenovno ugodne, nizkoenergijske in ultra hitre rešitve za visokohitrostna optična komunikacijska omrežja naslednje generacije in mikrovalovne fotonske sisteme.
Čas objave: 11. dec. 2024