Litiumtantalaat (LTOI) hoë spoedelektro-optiese modulator
Globale dataverkeer groei steeds, aangedryf deur die wydverspreide aanvaarding van nuwe tegnologieë soos 5G en kunsmatige intelligensie (AI), wat aansienlike uitdagings vir transceivers op alle vlakke van optiese netwerke inhou. Spesifiek, die volgende generasie elektro-optiese modulatortegnologie vereis 'n aansienlike toename in data-oordragtempo's 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 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 staatmaak op draerverspreiding staar egter groot uitdagings in bandwydte, kragverbruik, vrye draerabsorpsie en modulasie-nie-lineariteit in die gesig. Ander tegnologieroetes in die bedryf sluit in InP, dunfilm litiumniobaat LNOI, elektro-optiese polimere en ander multi-platform heterogene integrasie-oplossings. LNOI word beskou as die oplossing wat die beste werkverrigting in ultrahoë spoed 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 foto-elektriese eienskappe en grootskaalse vervaardiging bekendgestel, wat na verwagting sal ooreenstem met of selfs die werkverrigting van litiumniobaat en silikon optiese platforms in baie toepassings sal oorskry. Maar tot nou toe, die kern toestel vanoptiese 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 getoon word in Figuur 1. Deur die ontwerp van die struktuur van elke laag litiumtantalaat op die isolator en die parameters van die mikrogolfelektrode, word die voortplanting spoed passing van mikrogolf en lig golf in dieelektro-optiese modulatorword gerealiseer. In terme van die vermindering van die verlies van die mikrogolfelektrode, het die navorsers in hierdie werk vir die eerste keer die gebruik van silwer voorgestel as 'n elektrodemateriaal met beter geleidingsvermoë, en die silwerelektrode het getoon dat dit die mikrogolfverlies tot 82% verminder in vergelyking met die wyd gebruikte goue elektrode.
FIG. 1 LTOI elektro-optiese modulatorstruktuur, fasepassingsontwerp, mikrogolfelektrodeverliestoets.
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 tekentempo 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 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 gebruik kan word in hoëspoedkommunikasiestelsels met hoë lineariteit en lae bisfoutkoers.
FIG. 2 Eksperimenteer met behulp van LTOI elektro-optiese modulator virIntensiteit gemoduleerDirekte opsporing (IMDD) in optiese kommunikasiestelsel (a) eksperimentele toestel; (b) Die gemete bisfouttempo (BER) van PAM8(rooi), PAM4(groen) en PAM2(blou) seine as 'n funksie van die tekentempo; (c) Onttrek bruikbare inligtingtempo (AIR, stippellyn) en gepaardgaande netto datatempo (NDR, soliede lyn) vir metings met bitfouttempowaardes 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 intensiteit modulasie direkte opsporing IMDD transmissie eksperimente, bereik die toestel 'n enkele draer netto datasnelheid van 405 Gbit/s, wat vergelykbaar is met die beste werkverrigting van bestaande elektro-optiese platforms soos LNOI en plasma modulators. In die toekoms, met behulp van meer komplekseIK-modulatorontwerpe of meer gevorderde seinfout regstelling tegnieke, of die gebruik van laer mikrogolf verlies substrate soos kwarts substrate, litium tantalaat toestelle word verwag om kommunikasie tempo van 2 Tbit/s of hoër te bereik. Gekombineer met LTOI se spesifieke voordele, soos laer dubbelbreking en die skaal-effek as gevolg van die wydverspreide toepassing daarvan in ander RF-filtermarkte, sal litiumtantalaatfotonika-tegnologie laekoste-, laekrag- en ultrahoëspoedoplossings vir die volgende generasie hoë -spoed optiese kommunikasie netwerke en mikrogolf fotonika stelsels.
Postyd: 11 Desember 2024