Liitiumtantalaat (LTOI) suur kiirusElektroptiline modulaator
Globaalne andmeliiklus kasvab jätkuvalt, ajendatuna uute tehnoloogiate, näiteks 5G ja tehisintellekti (AI) laialdase kasutuselevõtu tõttu, mis seab transiiveerijatele olulisi väljakutseid optiliste võrkude kõigil tasanditel. Täpsemalt nõuab järgmise põlvkonna elektro-optilise modulaatori tehnoloogia andmeedastuskiiruste märkimisväärset suurenemist ühe kanali 200 Gbps-ni, vähendades samal ajal energiatarbimist ja kulusid. Viimase paari aasta jooksul on ränifoonikonitehnoloogiat optilise transiiveri turul laialdaselt kasutatud, peamiselt tingitud asjaolust, et räni footonikat saab küpse CMOS-protsessi abil masstoodet saada. Kuid SOI elektro-optilised modulaatorid, kes tuginevad kandja dispersioonile, seisavad silmitsi ribalaiuse, energiatarbimise, tasuta kandja absorptsiooni ja modulatsiooni mittelineaarsuse suured väljakutsed. Muude tehnoloogiateede hulka kuuluvad INP, õhukese kile liitium-niobate lnoi, elektro-optilised polümeerid ja muud mitme platvormi heterogeensed integratsioonilahendused. LNOI-d peetakse lahenduseks, mis suudab saavutada parimat jõudlust ülikõrge kiiruse ja vähese võimsusega modulatsiooni korral, kuid praegu on sellel masstootmise protsessi ja kulude osas mõned väljakutsed. Hiljuti käivitas meeskond õhukese kile liitiumtantalaadi (LTOI) integreeritud fotoonilise platvormi, millel on suurepärased fotoelektrilised omadused ja suuremahulised tootmisega, mis peaks paljudes rakendustes vastama liitium-niobaadi ja räni optiliste platvormide toimimisele või isegi ületama. Siiani on põhiseade siiskioptiline suhtlus, ülikõrge kiirusega elektro-optilist modulaatorit ei ole LTOI-s kontrollitud.
Selles uuringus kavandasid teadlased kõigepealt LTOI elektro-optilise modulaatori, mille struktuur on näidatud joonisel 1. Igas liitiumtantalaatkihi struktuuri konstruktsiooni kaudu isolaatoril ja mikrolaine elektroodi parameetrid, mikrolaine ja valguse levimiskiiruse sobitamine ja valgulaine levimiskiiruselektro-optiline modulaatoron realiseeritud. Mikrolaineelektroodi kadumise vähendamise osas pakkusid selle töö teadlased esmakordselt välja hõbeda kasutamist parema juhtivusega elektroodimaterjalina ja näidati, et hõbedane elektrood vähendab mikrolainekaotust 82% -ni, võrreldes laialt kasutatava kuldsele elektroodiga.
Joonis fig. 1 LTOI elektro-optilise modulaatori struktuur, faasi sobitamise disain, mikrolaineelektroodide kadude test.
Joonis fig. 2 näitab LTOI elektro-optilise modulaatori eksperimentaalset aparaati ja tulemusiintensiivsuse moduleeritudOptiliste sidesüsteemide otsene tuvastamine (IMDD). Katsed näitavad, et LTOI elektro-optiline modulaator suudab PAM8 signaale edastada märkide kiirusega 176 GBD, mõõdetud BER-ga 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. Silma- ja histogrammi testi tulemused joonisel 3 näitavad visuaalselt, et LTOI elektro-optilise modulaatorit saab kasutada kiiretes sidesüsteemides, millel on kõrge lineaarsus ja madal bitiveakiirus.
Joonis fig. 2 Katse LTOI elektro-optilise modulaatori abilIntensiivsuse moduleeritudOtsene tuvastamine (IMDD) optilises sidesüsteemis (a) eksperimentaalses seadmes; (b) PAM8 (punane), PAM4 (roheline) ja PAM2 (sinine) signaalide mõõdetud biti veakiirus (BER) märgisageduse funktsioonina; c) Ekstraheeritud kasutatav teabekiirus (õhk, kriipsjoon) ja sellega seotud netoandmekiirus (NDR, tahke joon) mõõtmiste jaoks, mille bititormimäära väärtused on alla 25% SD-FEC piiri; (D) Silmakaardid ja statistilised histogrammid PAM2, PAM4, PAM8 modulatsiooni all.
See töö demonstreerib esimest kiiret LTOI elektro-optilise modulaatorit, mille ribalaius on 110 GHz. Intensiivsuse modulatsiooni otsese tuvastamise IMDD ülekandekatsetes saavutab seade ühe kandevõrgu andmeedastuskiiruse 405 Gbit/S, mis on võrreldav olemasolevate elektro-optiliste platvormide, näiteks LNOI ja plasmamodulaatorite parima jõudlusega. Tulevikus, kasutades keerukamatIQ modulaatorKujundused või täpsemad signaali vigade korrigeerimise tehnikad või madalama mikrolainekaotussubstraatide, näiteks kvartsisubstraatide kasutamisel, eeldatakse, et liitiumtantalaatseadmed saavutavad kommunikatsioonimäärad 2 tbit/s või kõrgemad. Liitiumtantalate fotoonika tehnoloogia koos LTOI spetsiifiliste eelistega, nagu madalam kahesuunaline ja skaala efekt, mis on tingitud laialdasest kasutamisest muudel RF-filteriturgudel, pakub liitiumtantalate footonitehnoloogia odavaid, vähese energiatarbega ja ülikiire lahenduse järgmise põlvkonna kiirete optiliste suhtlusvõrkude ja mikrolainete fotoonikasüsteemide jaoks.
Postiaeg: 11. detsember 20124