Lithium tantalate (LTOI) vysoká rychlostelektrooptický modulátor
Globální datový provoz nadále roste díky širokému přijímání nových technologií, jako je 5G a umělá inteligence (AI), což představuje významné výzvy pro transceivery na všech úrovních optických sítí. Konkrétně technologie elektrooptických modulátorů nové generace vyžaduje výrazné zvýšení rychlosti přenosu dat na 200 Gbps v jednom kanálu při současném snížení spotřeby energie a nákladů. V posledních několika letech byla technologie křemíkové fotoniky široce používána na trhu optických transceiverů, zejména díky skutečnosti, že křemíkovou fotoniku lze hromadně vyrábět pomocí vyspělého procesu CMOS. Elektrooptické modulátory SOI, které se spoléhají na disperzi nosné, však čelí velkým problémům v oblasti šířky pásma, spotřeby energie, absorpce volné nosné a nelinearity modulace. Mezi další technologické cesty v tomto odvětví patří InP, tenkovrstvý lithium niobát LNOI, elektrooptické polymery a další multiplatformní heterogenní integrační řešení. LNOI je považováno za řešení, které může dosáhnout nejlepšího výkonu v ultra-vysoké rychlosti a nízkém výkonu modulace, nicméně v současné době má určité problémy, pokud jde o proces hromadné výroby a náklady. Nedávno tým uvedl na trh integrovanou fotonickou platformu s tenkým lithiovým tantalátem (LTOI) s vynikajícími fotoelektrickými vlastnostmi a výrobou ve velkém měřítku, u které se očekává, že v mnoha aplikacích vyrovná nebo dokonce překročí výkon niobátu lithného a křemíkových optických platforem. Nicméně, až dosud, základní zařízeníoptická komunikace, ultra-vysokorychlostní elektrooptický modulátor, nebyl ověřen v LTOI.
V této studii vědci nejprve navrhli elektrooptický modulátor LTOI, jehož struktura je znázorněna na obrázku 1. Prostřednictvím návrhu struktury každé vrstvy tantalátu lithného na izolátoru a parametrů mikrovlnné elektrody se šíření přizpůsobení rychlosti mikrovlnné a světelné vlny velektrooptický modulátorje realizován. Pokud jde o snížení ztráty mikrovlnné elektrody, výzkumníci v této práci poprvé navrhli použití stříbra jako elektrodového materiálu s lepší vodivostí a bylo prokázáno, že stříbrná elektroda snižuje mikrovlnné ztráty na 82 % ve srovnání s elektrodou. široce používaná zlatá elektroda.
Obr. 1 Struktura elektrooptického modulátoru LTOI, návrh fázového přizpůsobení, test ztráty mikrovlnné elektrody.
Obr. 2 ukazuje experimentální zařízení a výsledky elektrooptického modulátoru LTOI promodulovaná intenzitapřímá detekce (IMDD) v optických komunikačních systémech. Experimenty ukazují, že elektrooptický modulátor LTOI může přenášet signály PAM8 se znaménkovou rychlostí 176 GBd s naměřeným BER 3,8×10⁻² pod prahovou hodnotou 25 % SD-FEC. U 200 GBd PAM4 a 208 GBd PAM2 byla BER výrazně nižší než prahová hodnota 15 % SD-FEC a 7 % HD-FEC. Výsledky testu oka a histogramu na obrázku 3 vizuálně ukazují, že elektrooptický modulátor LTOI lze použít ve vysokorychlostních komunikačních systémech s vysokou linearitou a nízkou bitovou chybovostí.
Obr. 2 Experiment s použitím elektrooptického modulátoru LTOI proIntenzita modulovanáPřímá detekce (IMDD) v optickém komunikačním systému a) experimentální zařízení; (b) Naměřená bitová chybovost (BER) signálů PAM8 (červená), PAM4 (zelená) a PAM2 (modrá) jako funkce znaménka; (c) Rychlost extrahovaných použitelných informací (AIR, přerušovaná čára) a související čistá přenosová rychlost (NDR, plná čára) pro měření s hodnotami bitové chybovosti pod 25% limitem SD-FEC; (d) Oční mapy a statistické histogramy při modulaci PAM2, PAM4, PAM8.
Tato práce demonstruje první vysokorychlostní elektrooptický modulátor LTOI se šířkou pásma 3 dB 110 GHz. V experimentech přenosu IMDD s přímou detekcí modulace intenzity dosahuje zařízení čisté datové rychlosti jedné nosné 405 Gbit/s, což je srovnatelné s nejlepším výkonem stávajících elektrooptických platforem, jako jsou LNOI a plazmové modulátory. V budoucnu, pomocí složitějšíIQ modulátorkonstrukcí nebo pokročilejších technik korekce chyb signálu nebo použitím substrátů s nižšími mikrovlnnými ztrátami, jako jsou křemenné substráty, se očekává, že zařízení s tantalátem lithným dosáhnou komunikační rychlosti 2 Tbit/s nebo vyšší. V kombinaci se specifickými výhodami LTOI, jako je nižší dvojlom a efekt měřítka v důsledku jeho rozšířeného použití na jiných trzích RF filtrů, poskytne technologie lithium tantalátové fotoniky nízkonákladová, nízkoenergetická a ultrarychlá řešení pro vysokorychlostní novou generaci. -rychlostní optické komunikační sítě a mikrovlnné fotonické systémy.
Čas odeslání: 11. prosince 2024