Lithium Tantalat (LTOI) Høj hastighedElektrooptisk modulator
Global datatrafik fortsætter med at vokse, drevet af den udbredte vedtagelse af nye teknologier som 5G og kunstig intelligens (AI), der udgør betydelige udfordringer for transceivere på alle niveauer af optiske netværk. Specifikt kræver den næste generations elektrooptisk modulatorteknologi en signifikant stigning i dataoverførselshastigheder til 200 Gbps i en enkelt kanal, samtidig med at det reducerer energiforbrug og omkostninger. I de sidste par år er siliciumfotonik-teknologi blevet vidt brugt på det optiske transceivermarked, hovedsageligt på grund af det faktum, at siliciumfotonik kan masseproduceres ved hjælp af den modne CMOS-proces. SOI elektro-optiske modulatorer, der er afhængige af bærerdispersion, står imidlertid over for store udfordringer inden for båndbredde, strømforbrug, fri bærerabsorption og modulation ikke-linearitet. Andre teknologiruter i branchen inkluderer INP, tynd film lithium niobate lnoi, elektro-optiske polymerer og andre multi-platform heterogene integrationsløsninger. LNOI betragtes som den løsning, der kan opnå den bedste ydelse i ultrahøj hastighed og lav effektmodulation, men den har i øjeblikket nogle udfordringer med hensyn til masseproduktionsproces og omkostninger. For nylig lancerede teamet en tynd film Lithium Tantalate (LTOI) integreret fotonisk platform med fremragende fotoelektriske egenskaber og storstilet fremstilling, som forventes at matche eller endda overskride ydelsen af lithium niobat og silicium optiske platforme i mange applikationer. Indtil nu er kerneenheden tilOptisk kommunikation, den ultrahøj hastighed elektrooptiske modulator, er ikke verificeret i LTOI.
I denne undersøgelse designede forskerne først LTOI-elektrooptisk modulator, hvis struktur er vist i figur 1. Gennem design af strukturen af hvert lag af lithiumtalat på isolatorElektro-optisk modulatorer realiseret. Med hensyn til reduktion af tabet af mikrobølgeelektroden foreslog forskerne i dette arbejde for første gang brugen af sølv som et elektrodemateriale med bedre ledningsevne, og sølvelektroden blev vist at reducere mikrobølgetab til 82% sammenlignet med den vidt anvendte guldelektrode.
Fig. 1 LTOI elektro-optisk modulatorstruktur, fasematchende design, mikrobølgeelektrodetabstest.
Fig. 2 viser det eksperimentelle apparat og resultaterne af LTOI-elektrooptisk modulator tilIntensitet moduleretDirekte detektion (IMDD) i optiske kommunikationssystemer. Eksperimenterne viser, at LTOI-elektrooptisk modulator kan transmittere PAM8-signaler til en tegnhastighed på 176 GBD med en målt BER på 3,8 × 10 ² under den 25% SD-FEC-tærskel. For både 200 GBD PAM4 og 208 GBD PAM2 var BER signifikant lavere end tærsklen på 15% SD-FEC og 7% HD-FEC. Eye and Histogram-testen resulterer i figur 3 visuelt viser, at LTOI-elektrooptisk modulator kan bruges i højhastighedskommunikationssystemer med høj linearitet og lav bitfejlhastighed.
Fig. 2 Eksperiment ved hjælp af LTOI-elektrooptisk modulator tilIntensitet moduleretDirekte detektion (IMDD) i det optiske kommunikationssystem (A) eksperimentel enhed; (b) den målte bitfejlhastighed (BER) af PAM8 (rød), PAM4 (grøn) og PAM2 (blå) signaler som en funktion af skiltehastigheden; (c) Ekstraheret anvendelig informationshastighed (luft, stiplet linje) og tilhørende netto datahastighed (NDR, solid linje) for målinger med bit-fejlhastighedsværdier under 25% SD-FEC-grænsen; (d) Øjenkort og statistiske histogrammer under PAM2, PAM4, PAM8 -modulation.
Dette arbejde demonstrerer den første højhastigheds LTOI-elektrooptiske modulator med en 3 dB båndbredde på 110 GHz. I intensitetsmodulering Direkte detektion IMDD-transmissionseksperimenter opnår enheden en enkelt bærer Net-datahastighed på 405 Gbit/s, hvilket kan sammenlignes med den bedste ydelse af eksisterende elektrooptiske platforme, såsom LNOI og plasmamodulatorer. I fremtiden bruger mere kompleksIQ -modulatorDesign eller mere avancerede signalfejlkorrektionsteknikker eller ved hjælp af lavere mikrobølgesabsubstrater, såsom kvartssubstrater, forventes lithium -fristede enheder at opnå kommunikationshastigheder på 2 TBIT/s eller højere. Kombineret med LTOIs specifikke fordele, såsom lavere birefringence og skalaeffekten på grund af dens udbredte anvendelse på andre RF-filtermarkeder, vil lithium-fristede fotoniske teknologi tilvejebringe lave omkostninger, lavt effekt og ultra-høje hastighedsløsninger til næste generation af højhastighedsoptiske kommunikationsnetværk og mikrobølgefotoniske systemer.
Posttid: dec-11-2024