Liitiumtantalaat (LTOI) suure kiirusegaelektrooptiline modulaator
Globaalne andmeliiklus kasvab jätkuvalt tänu uute tehnoloogiate, näiteks 5G ja tehisintellekti (AI) laialdasele kasutuselevõtule, mis tekitab transiiveritele märkimisväärseid väljakutseid kõigil optiliste võrkude tasanditel. Täpsemalt nõuab järgmise põlvkonna elektrooptilise modulaatori tehnoloogia andmeedastuskiiruse märkimisväärset suurendamist 200 Gbps-ni ühes kanalis, vähendades samal ajal energiatarbimist ja kulusid. Viimastel aastatel on ränifotoonika tehnoloogiat laialdaselt kasutatud optilise transiiveri turul, peamiselt seetõttu, et ränifotoonikat saab masstootmises kasutada küpse CMOS-protsessi abil. Kuid SOI elektrooptilised modulaatorid, mis tuginevad kandjate dispersioonile, seisavad silmitsi suurte väljakutsetega ribalaiuse, energiatarbimise, vaba kandjate neeldumise ja modulatsiooni mittelineaarsuse osas. Muud tehnoloogilised teed selles valdkonnas hõlmavad InP-d, õhukese kilega liitiumniobaat-LNOI-d, elektrooptilisi polümeere ja muid mitmeplatvormilisi heterogeenseid integratsioonilahendusi. LNOI-d peetakse lahenduseks, mis suudab saavutada parima jõudluse ülikiire ja väikese energiatarbega modulatsioonis, kuid praegu on sellel mõningaid väljakutseid masstootmisprotsessi ja kulude osas. Hiljuti lansseeris meeskond õhukese kilega liitiumtantalaadist (LTOI) integreeritud footonplatvormi, millel on suurepärased fotoelektrilised omadused ja mida saab laialdaselt toota ning mis eeldatavasti paljudes rakendustes võrdub liitiumniobaadi ja räni optiliste platvormide jõudlusega või isegi ületab seda. Seni on aga selle põhiseade...optiline side, ülikiire elektrooptilise modulaatori, toimivust LTOI-s ei ole kontrollitud.
Selles uuringus kavandasid teadlased esmalt LTOI elektrooptilise modulaatori, mille struktuur on näidatud joonisel 1. Isolaatoril oleva liitiumtantalaadi iga kihi struktuuri ja mikrolaineelektroodi parameetrite abil saavutati mikrolaine ja valguslaine levimiskiiruse vastavus.elektrooptiline modulaatoron realiseeritud. Mikrolaine-elektroodi kadude vähendamise osas pakkusid selle töö teadlased esmakordselt välja hõbeda kasutamise parema juhtivusega elektroodimaterjalina ning hõbe-elektrood vähendas mikrolaine-kadu 82% võrreldes laialdaselt kasutatava kuld-elektroodiga.
JOONIS 1. LTOI elektrooptilise modulaatori struktuur, faaside sobitamise disain, mikrolaine elektroodide kadude test.
JOONIS 2 näitab LTOI elektrooptilise modulaatori katseseadet ja tulemusiintensiivsusega moduleeritudotsene detekteerimine (IMDD) optilistes sidesüsteemides. Katsed näitavad, et LTOI elektrooptiline modulaator suudab edastada PAM8 signaale märgikiirusega 176 GBd, mõõdetud BER-iga 3,8×10⁻² alla 25% SD-FEC läve. Nii 200 GBd PAM4 kui ka 208 GBd PAM2 puhul oli BER oluliselt madalam kui 15% SD-FEC ja 7% HD-FEC lävi. Joonisel 3 olevad silma- ja histogrammitestide tulemused näitavad visuaalselt, et LTOI elektrooptilist modulaatorit saab kasutada kiiretes sidesüsteemides, millel on kõrge lineaarsus ja madal bitivea määr.
JOONIS 2. Katse LTOI elektrooptilise modulaatorigaIntensiivsus moduleeritudOtsene tuvastamine (IMDD) optilise side süsteemis (a) eksperimentaalne seade; (b) PAM8 (punane), PAM4 (roheline) ja PAM2 (sinine) signaalide mõõdetud bitivea määr (BER) märgikiiruse funktsioonina; (c) Ekstraheeritud kasutatav infokiirus (AIR, katkendjoon) ja sellega seotud netoandmesidekiirus (NDR, pidev joon) mõõtmiste puhul, mille bitivea määra väärtused on alla 25% SD-FEC piiri; (d) Silmakaardid ja statistilised histogrammid PAM2, PAM4, PAM8 modulatsiooni all.
See töö demonstreerib esimest kiiret LTOI elektrooptilist modulaatorit, mille ribalaius on 3 dB ja sagedus 110 GHz. Intensiivsusmodulatsiooni otsese detekteerimisega IMDD edastuskatsetes saavutab seade ühe kandjaga neto andmeedastuskiiruse 405 Gbit/s, mis on võrreldav olemasolevate elektrooptiliste platvormide, näiteks LNOI ja plasmamodulaatorite, parima jõudlusega. Tulevikus, kasutades keerukamaidIQ modulaatorTänu konstruktsioonidele või täiustatud signaalivigade parandamise tehnikatele või väiksema mikrolainekaduga substraatide, näiteks kvartsist substraatide kasutamisele peaksid liitiumtantalaat-seadmed saavutama sidekiiruse 2 Tbit/s või rohkem. Koos LTOI spetsiifiliste eelistega, nagu madalam kaksikmurdumine ja mastaabiefekt tänu selle laialdasele kasutamisele teistes raadiosagedusfiltrite turgudel, pakub liitiumtantalaat-fotoonikatehnoloogia odavaid, väikese energiatarbega ja ülikiireid lahendusi järgmise põlvkonna kiiretele optilistele sidevõrkudele ja mikrolaine-fotoonikasüsteemidele.
Postituse aeg: 11. detsember 2024