Електро-оптички модулатор со литиум танталат (LTOI) со голема брзина

Литиум танталат (ltoi) голема брзинаЕлектро-оптички модулатор

Глобалниот сообраќај на податоци продолжува да расте, воден од широко распространетата усвојување на нови технологии како што се 5G и вештачка интелигенција (АИ), што претставува значителни предизвици за примопредавачите на сите нивоа на оптички мрежи. Поточно, технологијата за електро-оптички модулатор за следната генерација бара значително зголемување на стапките на пренесување на податоците на 200 Gbps во еден канал, додека ја намалува потрошувачката на енергија и трошоците. Во изминатите неколку години, технологијата на силиконска фотоника е широко користена на пазарот на оптички примопредавачи, главно се должи на фактот дека силиконската фотоника може да биде масовно произведена со употреба на зрелиот процес на CMOS. Како и да е, електро-оптички модулатори SOI кои се потпираат на дисперзија на превозникот се соочуваат со големи предизвици во широчината на опсегот, потрошувачката на енергија, апсорпцијата на бесплатната носач и нелинеарноста на модулацијата. Другите технолошки патеки 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 што може да постигне најдобри перформанси во ултра-висока брзина и ниска модулација на моќност, сепак, во моментов има некои 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 големо производство, што се очекува да одговара или дури и да ги надмине перформансите на литиум ниобате и силиконски оптички платформи во многу апликации. Сепак, до сега, основниот уред наОптичка комуникација, електро-оптички модулатор со ултра висока брзина, не е потврден во LTOI.

Во оваа студија, истражувачите прво го дизајнирале електро-оптичкиот модулатор LTOI, чија структура е прикажана на Слика 1. Преку дизајнот на структурата на секој слој на литиум танталат на изолаторот и параметрите на микробрановата електрода, совпаѓање на брзината на размножување на микробранова и лесен бран во лесен бран воЕлектро-оптички модулаторсе реализира. Во однос на намалувањето на загубата на микробрановата електрода, истражувачите во оваа работа за прв пат предложија употреба на сребро како електрода материјал со подобра спроводливост, а сребрената електрода се покажа дека ја намалува загубата на микробранова печка на 82% во споредба со широко користената златна електрода.

Сл. 1 LTOI Електро-оптички модулатор структура, дизајн на фази, тест за загуба на електрода на микробранови.

Сл. 2 ги прикажува експерименталниот апарат и резултатите од електро-оптичкиот модулатор LTOI заИнтензитет модулиранДиректно откривање (IMDD) во системи за оптички комуникации. Експериментите покажуваат дека електро-оптичкиот модулатор LTOI може да пренесе PAM8 сигнали со стапка на знак од 176 GBD со измерен БЕР од 3,8 × 10⁻² под прагот од 25% SD-FEC. И за 200 GBD PAM4 и 208 GBD PAM2, БЕР беше значително понизок од прагот на 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Резултатите од тестот за очи и хистограм на Слика 3 визуелно покажуваат дека електро-оптичкиот модулатор LTOI може да се користи во комуникациски системи со голема брзина со висока линеарност и ниска стапка на грешка во бит.

Сл. 2 Експеримент со употреба на електро-оптички модулатор ltoi заИнтензитет модулиранДиректно откривање (IMDD) во експерименталниот уред (а) експериментален уред; (б) измерената стапка на грешка во бит (БЕР) на сигналите PAM8 (црвена), PAM4 (зелена) и PAM2 (сина) како функција на стапката на знаци; (в) извлечена употреблива стапка на информации (воздух, испрекината линија) и поврзана нето стапка на податоци (NDR, цврста линија) за мерења со вредности на стапката на грешки под границата од 25% SD-FEC; (г) Мапи за очи и статистички хистограми под модулацијата PAM2, PAM4, PAM8.

Оваа работа го демонстрира првиот брз електро-оптички модулатор LTOI со ширина на опсег од 3 dB од 110 GHz. Во модулацијата на интензитет Директно откривање на експериментите за пренос на IMDD, уредот постигнува единечна стапка на податоци за носач од 405 GBIT/S, што е споредливо со најдобрите перформанси на постојните електро-оптички платформи како што се LNOI и плазма модулатори. Во иднина, користејќи посложеноIQ модулаторДизајни или понапредни техники за корекција на грешки во сигналот, или со употреба на пониски подлоги за загуба на микробранови, како што се кварцни подлоги, уредите за литиум танталат се очекува да постигнат стапки на комуникација од 2 Tbit/s или повисоко. Во комбинација со специфичните предности на LTOI, како што се пониското биферирање и ефектот на скалата, како резултат на неговата широко распространета примена на другите пазари на филтри RF, технологијата за фотоника на литиум танталат ќе обезбеди мрежни решенија со ниска моќност и ултра-висока брзина за мрежни мрежи со голема брзина на оптички мрежи и микробранови фотонични системи.