Litiumtantalaat (LTOI) hoë spoedelektro-optiese modulator
Globale dataverkeer bly groei, gedryf deur die wydverspreide aanvaarding van nuwe tegnologieë soos 5G en kunsmatige intelligensie (KI), wat beduidende uitdagings vir sender-ontvangers op alle vlakke van optiese netwerke inhou. Spesifiek vereis die volgende generasie elektro-optiese modulatortegnologie 'n beduidende toename in data-oordragspoed tot 200 Gbps in 'n enkele kanaal, terwyl energieverbruik en koste verminder word. In die afgelope paar jaar is silikonfotonika-tegnologie wyd gebruik in die optiese sender-ontvangermark, hoofsaaklik as gevolg van die feit dat silikonfotonika massa-geproduseer kan word met behulp van die volwasse CMOS-proses. SOI-elektro-optiese modulators wat staatmaak op draerdispersie, staar egter groot uitdagings in die gesig in bandwydte, kragverbruik, vrye draerabsorpsie en modulasie-nielineariteit. Ander tegnologieroetes in die bedryf sluit in InP, dunfilm-litiumniobat-LNOI, elektro-optiese polimere en ander multi-platform heterogene integrasie-oplossings. LNOI word beskou as die oplossing wat die beste werkverrigting in ultrahoëspoed- en lae-kragmodulasie kan behaal, maar dit het tans 'n paar uitdagings in terme van massaproduksieproses en koste. Onlangs het die span 'n dunfilm-litiumtantalaat (LTOI) geïntegreerde fotoniese platform met uitstekende fotoëlektriese eienskappe en grootskaalse vervaardiging bekendgestel, wat na verwagting die werkverrigting van litiumniobat- en silikon-optiese platforms in baie toepassings sal ewenaar of selfs oortref. Tot dusver was die kerntoestel van ... egter ...optiese kommunikasie, die ultrahoëspoed-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 mikrogolfelektrode, kan die voortplantingspoed-ooreenstemming van mikrogolf- en liggolf in dieelektro-optiese modulatorword gerealiseer. Wat die vermindering van die verlies van die mikrogolfelektrode betref, het die navorsers in hierdie werk vir die eerste keer die gebruik van silwer as 'n elektrodemateriaal met beter geleidingsvermoë voorgestel, en daar is getoon dat die silwerelektrode die mikrogolfverlies tot 82% verminder in vergelyking met die wyd gebruikte goudelektrode.
FIG. 1 LTOI elektro-optiese modulatorstruktuur, fase-aanpassingsontwerp, mikrogolf-elektrodeverliestoets.
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 teen 'n tekentempo van 176 GBd kan oordra 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 aansienlik 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 in hoëspoed-kommunikasiestelsels met hoë lineariteit en lae bisfoutkoers gebruik kan word.
FIG. 2 Eksperiment met behulp van LTOI elektro-optiese modulator virIntensiteit gemoduleerDirekte Deteksie (IMDD) in optiese kommunikasiestelsel (a) eksperimentele toestel; (b) Die gemete bitfoutkoers (BER) van PAM8 (rooi), PAM4 (groen) en PAM2 (blou) seine as 'n funksie van die tekenkoers; (c) Onttrekte bruikbare inligtingkoers (AIR, stippellyn) en geassosieerde netto datakoers (NDR, soliede lyn) vir metings met bitfoutkoerswaardes onder die 25% SD-FEC-limiet; (d) Oogkaarte en statistiese histogramme onder PAM2-, PAM4-, PAM8-modulasie.
Hierdie werk demonstreer die eerste hoëspoed LTOI elektro-optiese modulator met 'n 3 dB bandwydte van 110 GHz. In intensiteitsmodulasie direkte opsporing IMDD-oordrag eksperimente, bereik die toestel 'n enkeldraer netto datatempo van 405 Gbit/s, wat vergelykbaar is met die beste werkverrigting van bestaande elektro-optiese platforms soos LNOI en plasmamodulators. In die toekoms, met behulp van meer komplekseIK-modulatorontwerpe of meer gevorderde seinfoutkorreksietegnieke, of die gebruik van substrate met laer mikrogolfverlies soos kwartssubstrate, word verwag dat litiumtantalaattoestelle kommunikasietempo's van 2 Tbit/s of hoër sal bereik. Gekombineer met LTOI se spesifieke voordele, soos laer dubbelbreking en die skaaleffek as gevolg van die wydverspreide toepassing daarvan in ander RF-filtermarkte, sal litiumtantalaatfotonika-tegnologie laekoste-, laekrag- en ultrahoëspoedoplossings bied vir volgende-generasie hoëspoed-optiese kommunikasienetwerke en mikrogolffotonika-stelsels.
Plasingstyd: 11 Desember 2024