Litijev tantalat (LTOI) velike brzineelektrooptički modulator
Globalni podatkovni promet i dalje raste, potaknut široko rasprostranjenim prihvaćanjem novih tehnologija poput 5G i umjetne inteligencije (AI), što predstavlja značajne izazove za primopredajnike na svim razinama optičkih mreža. Naime, tehnologija elektrooptičkih modulatora sljedeće generacije zahtijeva značajno povećanje brzine prijenosa podataka na 200 Gbps u jednom kanalu uz istovremeno smanjenje potrošnje energije i troškova. U posljednjih nekoliko godina, tehnologija silicijske fotonike široko se koristi na tržištu optičkih primopredajnika, uglavnom zbog činjenice da se silicijska fotonika može masovno proizvoditi korištenjem zrelog CMOS procesa. Međutim, SOI elektrooptički modulatori koji se oslanjaju na disperziju nosioca suočavaju se s velikim izazovima u propusnosti, potrošnji energije, apsorpciji slobodnih nosioca i nelinearnosti modulacije. Drugi tehnološki putevi u industriji uključuju InP, tankoslojni litijev niobat LNOI, elektrooptičke polimere i druga višeplatformska heterogena integracijska rješenja. LNOI se smatra rješenjem koje može postići najbolje performanse u modulaciji ultra velike brzine i male snage, međutim, trenutno ima neke izazove u smislu procesa masovne proizvodnje i troškova. Nedavno je tim lansirao tankoslojnu litijevu tantalatnu (LTOI) integriranu fotonsku platformu s izvrsnim fotoelektričnim svojstvima i proizvodnjom u velikim razmjerima, za koju se očekuje da će u mnogim primjenama dostići ili čak premašiti performanse optičkih platformi od litijevog niobata i silicija. Međutim, do sada je glavni uređaj...optička komunikacija, ultrabrzi elektrooptički modulator, nije verificiran u LTOI.
U ovoj studiji, istraživači su prvo dizajnirali LTOI elektrooptički modulator, čija je struktura prikazana na slici 1. Dizajnom strukture svakog sloja litijevog tantalata na izolatoru i parametrima mikrovalne elektrode, usklađenje brzine širenja mikrovalnog i svjetlosnog vala uelektrooptički modulatorje ostvareno. Što se tiče smanjenja gubitaka mikrovalne elektrode, istraživači su u ovom radu prvi put predložili upotrebu srebra kao elektrodnog materijala s boljom vodljivošću, a pokazalo se da srebrna elektroda smanjuje gubitak mikrovalova na 82% u usporedbi sa široko korištenom zlatnom elektrodom.
SL. 1 Struktura elektrooptičkog modulatora LTOI, dizajn faznog usklađivanja, ispitivanje gubitka mikrovalne elektrode.
SL. 2 prikazuje eksperimentalni aparat i rezultate LTOI elektrooptičkog modulatora zamodulirani intenzitetizravna detekcija (IMDD) u optičkim komunikacijskim sustavima. Eksperimenti pokazuju da LTOI elektrooptički modulator može prenositi PAM8 signale brzinom predznaka od 176 GBd s izmjerenim BER-om od 3,8 × 10⁻² ispod praga od 25% SD-FEC-a. Za PAM4 od 200 GBd i PAM2 od 208 GBd, BER je bio značajno niži od praga od 15% SD-FEC-a i 7% HD-FEC-a. Rezultati testa oka i histograma na slici 3 vizualno pokazuju da se LTOI elektrooptički modulator može koristiti u brzim komunikacijskim sustavima s visokom linearnošću i niskom stopom pogreške bita.
SL. 2 Eksperiment korištenjem LTOI elektrooptičkog modulatora zaModulirani intenzitetIzravna detekcija (IMDD) u optičkom komunikacijskom sustavu (a) eksperimentalni uređaj; (b) Izmjerena stopa pogreške u bitovima (BER) PAM8 (crvena), PAM4 (zelena) i PAM2 (plava) signala kao funkcija brzine predznaka; (c) Izdvojena brzina upotrebljivih informacija (AIR, isprekidana linija) i pridružena neto brzina prijenosa podataka (NDR, puna linija) za mjerenja s vrijednostima stope pogreške u bitovima ispod granice od 25% SD-FEC; (d) Mape oka i statistički histogrami pod PAM2, PAM4, PAM8 modulacijom.
Ovaj rad demonstrira prvi LTOI elektrooptički modulator velike brzine s propusnošću od 3 dB od 110 GHz. U eksperimentima prijenosa s izravnom detekcijom IMDD-a s modulacijom intenziteta, uređaj postiže neto brzinu prijenosa podataka jednog nosioca od 405 Gbit/s, što je usporedivo s najboljim performansama postojećih elektrooptičkih platformi kao što su LNOI i plazma modulatori. U budućnosti, korištenje složenijihModulator inteligencijedizajna ili naprednijih tehnika korekcije pogrešaka signala, ili korištenjem podloga s nižim gubitkom mikrovalova poput kvarcnih podloga, očekuje se da će uređaji s litijevim tantalatom postići brzine komunikacije od 2 Tbit/s ili više. U kombinaciji sa specifičnim prednostima LTOI-a, kao što su niži dvolom i efekt skaliranja zbog široke primjene na drugim tržištima RF filtera, tehnologija fotonike s litijevim tantalatom pružit će jeftina, energetski učinkovita i ultra brza rješenja za optičke komunikacijske mreže velike brzine sljedeće generacije i mikrovalne fotoničke sustave.
Vrijeme objave: 11. prosinca 2024.