Vysokorychlostní elektrooptický modulátor lithia tantalátu (LTOI)

Vysoká rychlost lithia tantalátu (LTOI)Elektrooptický modulátor

Globální datový provoz stále roste, což je poháněno rozšířeným přijetím 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 významné zvýšení rychlosti přenosu dat na 200 Gbps v jednom kanálu a zároveň snižuje spotřebu energie a náklady. V posledních několika letech byla technologie silikonové fotoniky široce používána na trhu s optickým transceiverem, zejména kvůli skutečnosti, že silikonová fotonika může být hromadně vyráběna pomocí zralého procesu CMOS. Elektrooptické modulátory SOI, které se spoléhají na disperzi nosiče, však čelí velkým výzvám v šířce pásma, spotřebě energie, absorpci volného nosiče a nelinearitu modulace. Mezi další technologické trasy v oboru patří INP, lithium niobate LNOI, elektrooptických polymerů a další multiplatformní heterogenní integrační řešení. LNOI je považován za řešení, které může dosáhnout nejlepšího výkonu v ultra vysoké rychlosti a nízké modulaci energie, ale v současné době má určité výzvy, pokud jde o proces hromadné výroby a náklady. Nedávno tým spustil integrovanou fotonickou platformu lithium tantalátu (LTOI) s lithiem tantalátem (LTOI) s vynikajícími fotoelektrickými vlastnostmi a rozsáhlým výrobou, která se očekává, že v mnoha aplikacích bude odpovídat nebo dokonce překročit výkon lithiových niobatu a křemíkových optických platforem. Až dosud však základní zařízeníOptická komunikace, ultra vysokou rychlostní elektrooptický modulátor, nebyl v LTOI ověřen.

V této studii vědci poprvé navrhli elektrooptický modulátor LTOI, jehož struktura je znázorněna na obrázku 1. Prostřednictvím konstrukce struktury každé vrstvy lithia tantalátu na izolátoru a parametry mikrovlnné elektřiElektrooptický modulátorje realizován. Pokud jde o snížení ztráty mikrovlnné elektrody, vědci v této práci poprvé navrhli použití stříbra jako materiálu elektrody s lepší vodivostí a ukázalo se, že stříbrná elektroda snižuje ztrátu mikrovlny na 82% ve srovnání s široce používanou zlatou elektrodou.

Obr. 1 LTOI Elektrooptický modulátor Struktura, návrh fázového porovnávání, test ztráty mikrovlnné elektrody.

Obr. 2 ukazuje experimentální přístroje a výsledky elektrooptického modulátoru LTOI prointenzita modulovanáPřímá detekce (IMDD) v systémech optické komunikace. Experimenty ukazují, že elektrooptický modulátor LTOI může přenášet signály PAM8 při signálu 176 GBD s naměřeným BER 3,8 × 10 ² pod prahem 25% SD-FEC. Pro 200 GBD PAM4 a 208 GBD PAM2 byl 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 vysokorychlostní komunikační systémy s vysokou linearitou a nízkou mírou bitu.

Obr. 2 Experiment s použitím LTOI elektrooptický modulátor proIntenzita modulovanáPřímá detekce (IMDD) v experimentálním zařízení optického komunikace a); (b) měřená míra chybovosti BIT (BER) signálů PAM8 (červená), PAM4 (zelená) a PAM2 (modrá) jako funkce signálu signálu; (c) extrahovaná rychlost použitelné informace (vzduch, přerušovaná čára) a přidružená čistá datová rychlost (NDR, plná čára) pro měření s hodnotami rychlosti bitové omylu pod 25% SD-FEC limit; (d) Oční mapy a statistické histogramy pod PAM2, PAM4, PAM8 modulace.

Tato práce demonstruje první vysokorychlostní elektrooptický modulátor LTOI s šířkou pásma 3 dB 110 GHz. Při přímé detekci modulace intenzity IMDD přenosové experimenty IMDD zařízení dosahuje jediného nosného čistého datového rychlosti 405 Gbit/s, což je srovnatelné s nejlepším výkonem stávajících elektrooptických platforem, jako jsou LNOI a plazmatické modulátory. V budoucnu použití složitějšíhoIQ modulátorOčekává se, že návrhy nebo pokročilejší techniky korekce chyb signálu nebo použití substrátů nižších mikrovlnných ztrát, jako jsou křemenné substráty, lithiové tantalátové zařízení, dosáhnou míry komunikace 2 Tbit/s nebo vyšší. V kombinaci se specifickými výhodami LTOI, jako je nižší birefringence a efekt měřítka díky jeho rozšířené aplikaci na jiných RF filtračních trzích, lithium tantalátovou fotonickou technologii poskytne nízkonákladová, nízkoenergetická a ultra-vysokorychlostní řešení pro příští generační optické komunikační sítě.