Vysokorychlostní tantalát lithia (LTOI)elektrooptický modulátor
Globální datový provoz nadále roste, a to díky širokému zavádění nových technologií, jako je 5G a umělá inteligence (AI), což představuje značné výzvy pro transceivery na všech úrovních optických sítí. Konkrétně technologie elektrooptických modulátorů nové generace vyžaduje výrazné zvýšení rychlosti přenosu dat na 200 Gb/s v jednom kanálu a zároveň snížení spotřeby energie a nákladů. V posledních několika letech se technologie křemíkové fotoniky široce používá na trhu optických transceiverů, a to především díky tomu, že křemíková fotonika může být hromadně vyráběna pomocí vyspělého procesu CMOS. Elektrooptické modulátory SOI, které se spoléhají na disperzi nosičů, však čelí velkým výzvám v oblasti šířky pásma, spotřeby energie, absorpce volných nosičů a nelinearity modulace. Mezi další technologické cesty v tomto odvětví patří InP, tenkovrstvá LNOI s niobátem lithiem, elektrooptické polymery a další multiplatformní heterogenní integrační řešení. LNOI je považována za řešení, které může dosáhnout nejlepšího výkonu v ultravysokorychlostní a nízkoenergetické modulaci, v současné době však čelí určitým výzvám, pokud jde o proces hromadné výroby a náklady. Tým nedávno uvedl na trh integrovanou fotonickou platformu s tenkým filmem tantalátu lithia (LTOI) s vynikajícími fotoelektrickými vlastnostmi a možností velkovýroby, u které se očekává, že v mnoha aplikacích dosáhne nebo dokonce překoná výkon optických platforem s niobátem lithiem a křemíkem. Doposud však bylo základním zařízením...optická komunikace, ultrarychlý elektrooptický modulátor, nebyl v LTOI ověřen.
V této studii vědci nejprve navrhli elektrooptický modulátor LTOI, jehož struktura je znázorněna na obrázku 1. Prostřednictvím návrhu struktury každé vrstvy tantalátu lithného na izolantu a parametrů mikrovlnné elektrody bylo dosaženo sladění rychlosti šíření mikrovlnných a světelných vln velektrooptický modulátorje realizováno. Pokud jde o snížení ztrát mikrovlnné elektrody, vědci v této práci poprvé navrhli použití stříbra jako elektrodového materiálu s lepší vodivostí a bylo prokázáno, že stříbrná elektroda snižuje mikrovlnné ztráty o 82 % ve srovnání s široce používanou zlatou elektrodou.
Obr. 1 Struktura elektrooptické modulace LTOI, návrh fázového přizpůsobení, test ztráty mikrovlnné elektrody.
Obr. 2 ukazuje experimentální zařízení a výsledky elektrooptického modulátoru LTOI promodulovaná intenzitapřímou detekci (IMDD) v optických komunikačních systémech. Experimenty ukazují, že elektrooptický modulátor LTOI dokáže přenášet signály PAM8 s přenosovou rychlostí 176 GBd s naměřenou hodnotou BER 3,8×10⁻² pod prahovou hodnotou 25 % SD-FEC. Pro PAM4 s 200 GBd i PAM2 s 208 GBd byla hodnota 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 proModulovaná intenzitaPřímá detekce (IMDD) v optickém komunikačním systému (a) experimentální zařízení; (b) Naměřená bitová chybovost (BER) signálů PAM8 (červená), PAM4 (zelená) a PAM2 (modrá) jako funkce signálové rychlosti; (c) Extrahovaná použitelná informační rychlost (AIR, přerušovaná čára) a související čistá datová rychlost (NDR, plná čára) pro měření s hodnotami bitové chybovosti pod limitem 25 % SD-FEC; (d) Oční mapy a statistické histogramy za modulace PAM2, PAM4, PAM8.
Tato práce demonstruje první vysokorychlostní elektrooptický modulátor LTOI s šířkou pásma 3 dB na frekvenci 110 GHz. V experimentech s přenosem IMDD s přímou detekcí a modulací intenzity dosahuje zařízení rychlosti přenosu dat na jednom nosiči 405 Gbit/s, což je srovnatelné s nejlepším výkonem stávajících elektrooptických platforem, jako jsou LNOI a plazmové modulátory. V budoucnu bude využití složitějších...Modulátor IQDíky pokročilejším konstrukcím, pokročilejším technikám korekce chyb signálu nebo použití substrátů s nižšími mikrovlnnými ztrátami, jako jsou křemenné substráty, se očekává, že zařízení s tantalátem lithným dosáhnou komunikačních rychlostí 2 Tbit/s nebo vyšších. V kombinaci se specifickými výhodami LTOI, jako je nižší dvojlom a efekt měřítka díky širokému použití na jiných trzích s RF filtry, poskytne fotonická technologie s tantalátem lithným nízkonákladová, energeticky úsporná a ultrarychlá řešení pro vysokorychlostní optické komunikační sítě a mikrovlnné fotonické systémy nové generace.
Čas zveřejnění: 11. prosince 2024