Litijev tantalat (LTOI) visoke hitrostielektrooptični modulator
Globalni podatkovni promet še naprej raste, kar ga poganja široko sprejetje novih tehnologij, kot sta 5G in umetna inteligenca (AI), kar predstavlja velike izzive za sprejemnike in sprejemnike na vseh ravneh optičnih omrežij. Natančneje, tehnologija elektro-optičnega modulatorja naslednje generacije zahteva znatno povečanje hitrosti prenosa podatkov na 200 Gbps v enem kanalu, hkrati pa zmanjša porabo energije in stroške. V zadnjih nekaj letih se je tehnologija silicijeve fotonike pogosto uporabljala na trgu optičnih oddajnikov, predvsem zaradi dejstva, da je mogoče silicijevo fotoniko množično proizvajati z uporabo zrelega procesa CMOS. Vendar pa se elektrooptični modulatorji SOI, ki temeljijo na disperziji nosilca, soočajo z velikimi izzivi glede pasovne širine, porabe energije, absorpcije prostega nosilca in nelinearnosti modulacije. Druge tehnološke poti v industriji vključujejo InP, tankoslojni litijev niobat LNOI, elektrooptične polimere in druge heterogene rešitve za več platform. LNOI velja za rešitev, ki lahko doseže najboljšo zmogljivost pri ultravisoki hitrosti in modulaciji nizke moči, vendar ima trenutno nekaj izzivov v smislu procesa množične proizvodnje in stroškov. Pred kratkim je ekipa lansirala integrirano fotonsko platformo s tankim filmom litijevega tantalata (LTOI) z odličnimi fotoelektričnimi lastnostmi in obsežno proizvodnjo, za katero se pričakuje, da bo ustrezala ali celo presegla zmogljivost litijevega niobata in silicijevih optičnih platform v številnih aplikacijah. Vendar pa je do zdaj jedro napraveoptična 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. Skozi zasnovo strukture vsake plasti litijevega tantalata na izolatorju in parametrov mikrovalovne elektrode je širjenje ujemanje hitrosti mikrovalovnih in svetlobnih valov velektrooptični modulatorse uresniči. Kar zadeva zmanjšanje izgube mikrovalovne elektrode, so raziskovalci v tem delu prvič predlagali uporabo srebra kot elektrodnega materiala z boljšo prevodnostjo in pokazalo se je, da srebrna elektroda zmanjša mikrovalovno izgubo na 82 % v primerjavi z široko uporabljena zlata elektroda.
FIG. 1 Struktura elektrooptičnega modulatorja LTOI, zasnova faznega ujemanja, preizkus izgube mikrovalovne elektrode.
FIG. 2 prikazuje eksperimentalno napravo in rezultate elektrooptičnega modulatorja LTOI zaintenzivnostno modulirananeposredno 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 25-odstotnim pragom 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 testa oči in histograma na sliki 3 vizualno prikazujejo, da je elektrooptični modulator LTOI mogoče uporabiti v hitrih komunikacijskih sistemih z visoko linearnostjo in nizko stopnjo bitnih napak.
FIG. 2 Preizkusite uporabo elektrooptičnega modulatorja LTOI zaModulirana intenzivnostNeposredno zaznavanje (IMDD) v optičnem komunikacijskem sistemu (a) eksperimentalna naprava; (b) izmerjena stopnja bitne napake (BER) signalov PAM8(rdeča), PAM4(zelena) in PAM2(modra) kot funkcija stopnje predznaka; (c) Hitrost ekstrahiranih uporabnih informacij (AIR, črtkana črta) in povezana neto hitrost prenosa podatkov (NDR, polna črta) za meritve z vrednostmi stopnje bitnih napak pod 25-odstotno mejo SD-FEC; (d) Zemljevidi oči in statistični histogrami pod modulacijo PAM2, PAM4, PAM8.
To delo prikazuje prvi visokohitrostni elektrooptični modulator LTOI s pasovno širino 3 dB 110 GHz. V poskusih prenosa IMDD z neposrednim zaznavanjem modulacije 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 z uporabo bolj zapletenihIQ modulatorzasnove ali naprednejše tehnike odpravljanja napak signala ali z uporabo substratov z nižjimi mikrovalovnimi izgubami, kot so kremenčevi substrati, se pričakuje, da bodo naprave litijevega tantalata dosegle komunikacijske hitrosti 2 Tbit/s ali višje. V kombinaciji s posebnimi prednostmi LTOI, kot sta manjša dvojna lomnost in učinek lestvice zaradi široke uporabe na drugih trgih RF filtrov, bo fotonska tehnologija litijevega tantalata zagotovila poceni rešitve z nizko porabo energije in ultra visoke hitrosti za naslednje generacije visokih -hitrostna optična komunikacijska omrežja in mikrovalovni fotonski sistemi.
Čas objave: 11. decembra 2024