Litium tantalaat (LTOI) hoë snelheid elektro-optiese modulator

Litium tantalaat (LTOI) hoë snelheidelektro-optiese modulator

Globale dataverkeer groei steeds, aangedryf deur die wydverspreide aanvaarding van nuwe tegnologieë soos 5G en kunsmatige intelligensie (AI), wat belangrike uitdagings inhou vir transceivers op alle vlakke van optiese netwerke. Spesifiek, die volgende generasie elektro-optiese modulator-tegnologie benodig 'n beduidende toename in data-oordragsyfers tot 200 Gbps in 'n enkele kanaal, terwyl die energieverbruik en -koste verlaag word. In die afgelope paar jaar is silikonfotonika-tegnologie wyd gebruik in die optiese transceiver-mark, hoofsaaklik as gevolg van die feit dat silikonfotonika massa-geproduseer kan word met behulp van die volwasse CMOS-proses. SOI-elektro-optiese modulators wat op draerverspreiding staatmaak, is egter in die gesig staar groot uitdagings in bandwydte, kragverbruik, gratis draerabsorpsie en modulasie-nie-lineariteit. Ander tegnologieroetes in die bedryf sluit in inp, dun film litium niobate lnoi, elektro-optiese polimere en ander multi-platform heterogene integrasie-oplossings. LNOI word beskou as die oplossing wat die beste werkverrigting in ultra-hoë snelheid en lae kragmodulasie kan behaal, maar dit het tans 'n paar uitdagings ten opsigte van massaproduksieproses en -koste. Onlangs het die span 'n dun film Lithium tantalate (LTOI) geïntegreerde fotoniese platform bekendgestel met uitstekende foto-elektriese eienskappe en grootskaalse vervaardiging, wat na verwagting die prestasie van Lithium Niobate en Silicon Optical Platforms in baie toepassings sal ooreenstem of selfs sal oorskry. Tot nou toe, die kerntoestel vanOptiese kommunikasie, die ultra-hoë snelheid elektro-optiese modulator is nie in LTOI geverifieer nie.

In hierdie studie het die navorsers eers die LTOI-elektro-optiese modulator ontwerp, waarvan die struktuur in Figuur 1 getoon word. Deur die ontwerp van die struktuur van elke laag litiumtantalaat op die isolator en die parameters van die mikrogolf-elektrode, die voortplantingsnelheid van mikrogolf en liggolf in dieelektro-optiese modulatorword gerealiseer. Wat die verlies van die mikrogolfelektrode verminder, het die navorsers in hierdie werk vir die eerste keer die gebruik van silwer voorgestel as 'n elektrode -materiaal met 'n beter geleidingsvermoë, en die silwerelektrode is getoon om die mikrogolfverlies tot 82% te verminder in vergelyking met die wyd gebruikte goue elektrode.

Fig. 1 LTOI elektro-optiese modulatorstruktuur, fase-bypassende ontwerp, mikrogolf-elektrode-verliesstoets.

Fig. 2 toon die eksperimentele apparaat en resultate van die LTOI-elektro-optiese modulator virintensiteit gemoduleerDirekte opsporing (IMDD) in optiese kommunikasiestelsels. Die eksperimente toon dat die LTOI-elektro-optiese modulator PAM8-seine kan oordra teen 'n tekenstempo van 176 GBD met 'n gemete BER van 3,8 × 10⁻² onder die 25% SD-FEC-drempel. Vir beide 200 GBD PAM4 en 208 GBD PAM2 was BER beduidend laer as die drempel van 15% SD-FEC en 7% HD-FEC. Die oog- en histogramtoetsresultate in Figuur 3 demonstreer visueel dat die LTOI-elektro-optiese modulator gebruik kan word in hoëspoed-kommunikasiestelsels met 'n hoë lineariteit en 'n lae bitfouttempo.

Fig. 2 Eksperiment met behulp van LTOI-elektro-optiese modulator virIntensiteit gemoduleerDirekte opsporing (IMDD) in optiese kommunikasiestelsel (a) eksperimentele toestel; (b) die gemete bitfouttempo (BER) van PAM8 (rooi), PAM4 (groen) en PAM2 (blou) seine as 'n funksie van die tekensnelheid; (c) bruikbare inligtingsnelheid (lug, stippellyn) en gepaardgaande netto datasempo (NDR, soliede lyn) vir metings met bit-foute-koerswaardes onder die 25% SD-FEC-limiet; (d) Oogkaarte en statistiese histogramme onder PAM2, PAM4, PAM8 -modulasie.

Hierdie werk demonstreer die eerste hoë-snelheid LTOI-elektro-optiese modulator met 'n 3 dB bandwydte van 110 GHz. In intensiteitsmodulasie-direkte opsporing van IMDD-transmissie-eksperimente, bereik die toestel 'n enkele netto datatempo van 405 GBIT/s, wat vergelykbaar is met die beste prestasie van bestaande elektro-optiese platforms soos LNOI en plasma-modulators. In die toekoms, gebruik meer ingewikkeldIQ -modulatorOntwerpe of meer gevorderde seinfoutkorreksietegnieke, of met behulp van laer mikrogolfverlies -substraat soos kwartsubstrate, word verwag dat litium -tantalaattoestelle die kommunikasietempo van 2 TBIT/s of hoër sal bereik. Gekombineer met die spesifieke voordele van LTOI, soos laer Birefringence en die skaaleffek as gevolg van die wydverspreide toepassing daarvan in ander RF-filtermarkte, bied Lithium Tantalate Photonics Technology laekoste, lae-krag en ultra-hoë-snelheidsoplossings vir die volgende generasie hoë-snelheid optiese kommunikasienetwerke en mikrogolf-fotonika-stelsels.