Литиум танталат (LTOI) електро-оптички модулатор со голема брзина

Литиум танталат (LTOI) со голема брзинаелектро-оптички модулатор

Глобалниот сообраќај на податоци продолжува да расте, поттикнат од широкото усвојување на нови технологии како што се 5G и вештачката интелигенција (AI), што претставува значителни предизвици за примопредавачите на сите нивоа на оптички мрежи. Поточно, технологијата на електро-оптички модулатор од следната генерација бара значително зголемување на стапките на пренос на податоци до 200 Gbps во еден канал, истовремено намалувајќи ја потрошувачката на енергија и трошоците. Во изминатите неколку години, силиконската фотоника технологија беше широко користена на пазарот на оптички примопредаватели, главно поради фактот што силиконската фотоника може масовно да се произведува со помош на зрелиот CMOS процес. Сепак, електро-оптичките модулатори на SOI кои се потпираат на дисперзија на носачот се соочуваат со големи предизвици во пропусниот опсег, потрошувачката на енергија, апсорпцијата на слободна носач и нелинеарноста на модулацијата. Други технолошки правци во индустријата вклучуваат InP, тенок филм литиум ниобат LNOI, електро-оптички полимери и други мулти-платформски хетерогени решенија за интеграција. LNOI се смета за решение кое може да постигне најдобри перформанси при модулација со ултра голема брзина и ниска моќност, но во моментов има одредени предизвици во однос на процесот на масовно производство и трошоците. Неодамна, тимот лансираше интегрирана фотонска платформа со тенок филм литиум танталат (LTOI) со одлични фотоелектрични својства и производство во големи размери, што се очекува да одговара или дури да ги надмине перформансите на литиум ниобат и силициум оптички платформи во многу апликации. Сепак, до сега, основниот уред наоптичка комуникација, електро-оптичкиот модулатор со ултра голема брзина, не е потврден во LTOI.

Во оваа студија, истражувачите најпрво го дизајнираа електрооптичкиот модулатор LTOI, чија структура е прикажана на слика 1. Преку дизајнот на структурата на секој слој од литиум танталат на изолаторот и параметрите на микробрановата електрода, ширењето совпаѓање на брзината на микробрановата и светлосниот бран воелектро-оптички модулаторсе реализира. Во однос на намалување на загубата на микробрановата електрода, истражувачите во оваа работа за прв пат предложија употреба на сребро како електроден материјал со подобра спроводливост, а се покажа дека сребрената електрода ја намалува загубата на микробранова на 82% во споредба со широко употребувана златна електрода.

Сл. 1 Структура на електро-оптички модулатор LTOI, дизајн за совпаѓање на фази, тест за губење на микробранова електрода.

Сл. 2 го прикажува експерименталниот апарат и резултатите на електрооптичкиот модулатор LTOI замодулиран интензитетдиректно откривање (IMDD) во оптички комуникациски системи. Експериментите покажуваат дека електро-оптичкиот модулатор LTOI може да пренесува PAM8 сигнали со брзина на знак од 176 GBd со измерен BER од 3,8×10-² под прагот од 25% SD-FEC. И за 200 GBd PAM4 и за 208 GBd PAM2, BER беше значително помал од прагот од 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Резултатите од тестот за око и хистограм на Слика 3 визуелно демонстрираат дека електрооптичкиот модулатор LTOI може да се користи во комуникациски системи со голема брзина со висока линеарност и ниска стапка на битска грешка.

Сл. 2 Експериментирајте со користење на електро-оптички модулатор LTOI заМодулиран интензитетДиректно откривање (IMDD) во оптички комуникациски систем (а) експериментален уред; (б) Измерената стапка на битска грешка (BER) на сигналите PAM8(црвена), PAM4(зелена) и PAM2(сина) како функција од брзината на знакот; (в) Извлечена стапка на употребливи информации (AIR, испрекината линија) и поврзана нето стапка на податоци (NDR, цврста линија) за мерења со вредности на стапка на бит-грешки под границата од 25% SD-FEC; (г) Очни карти и статистички хистограми под PAM2, PAM4, PAM8 модулација.

Ова дело го демонстрира првиот електро-оптички модулатор LTOI со голема брзина со пропусен опсег од 3 dB од 110 GHz. Во експериментите со директно откривање на IMDD со пренос на модулација на интензитет, уредот постигнува нето стапка на податоци од еден носител од 405 Gbit/s, што е споредливо со најдобрите перформанси на постоечките електро-оптички платформи како што се LNOI и плазма модулаторите. Во иднина, користејќи посложениМодулатор на коефициент на интелигенцијадизајни или понапредни техники за корекција на грешка во сигналот или користење на супстрати со помала загуба на микробранови, како што се кварцните подлоги, уредите со литиум танталат се очекува да постигнат стапки на комуникација од 2 Tbit/s или повисоки. Во комбинација со специфичните предности на LTOI, како што се помалото двојно прекршување и ефектот на скала поради неговата широка примена на други пазари за филтри за RF, технологијата за фотоника на литиум танталат ќе обезбеди евтини, ниска моќност и ултра-брзински решенија за следната генерација високи -брзински оптички комуникациски мрежи и микробранови фотониски системи.