Литиум танталат (LTOI) со голема брзина на електрооптички модулатор

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 вештачка интелигенција (AI), што претставува значителни предизвици за примопредавателите на сите нивоа на оптички мрежи. Поточно, технологијата на електро-оптички модулатори од следната генерација бара значително зголемување на стапките на пренос на податоци до 200 Gbps во еден канал, а воедно ја намалува потрошувачката на енергија и трошоците. Во изминатите неколку години, технологијата на силиконска фотоника е широко користена на пазарот на оптички примопредаватели, главно поради фактот што силиконската фотоника може да се произведува масовно со користење на зрелиот CMOS процес. Сепак, SOI електро-оптичките модулатори кои се потпираат на дисперзија на носители се соочуваат со големи предизвици во пропусниот опсег, потрошувачката на енергија, апсорпцијата на слободни носители и нелинеарноста на модулацијата. Други технолошки правци во индустријата вклучуваат InP, тенок филмски литиум ниобат LNOI, електро-оптички полимери и други мултиплатформски хетерогени интеграциски решенија. LNOI се смета за решение кое може да постигне најдобри перформанси во модулацијата со ултра голема брзина и ниска потрошувачка на енергија, но во моментов има некои предизвици во однос на процесот на масовно производство и трошоците. Неодамна, тимот лансираше тенкофилмска фотонска платформа со литиум танталат (LTOI) со одлични фотоелектрични својства и производство во голем обем, за која се очекува да ги достигне или дури и надмине перформансите на оптичките платформи на литиум ниобат и силициум во многу апликации. Сепак, досега, основниот уред наоптичка комуникација, ултрабрзиот електрооптички модулатор, не е верификуван кај LTOI.

Во оваа студија, истражувачите прво го дизајнираа LTOI електрооптичкиот модулатор, чија структура е прикажана на Слика 1. Преку дизајнот на структурата на секој слој од литиум танталат на изолаторот и параметрите на микробрановата електрода, се утврдува совпаѓањето на брзината на ширење на микробрановите и светлинските бранови воелектрооптички модулаторсе реализира. Во однос на намалувањето на загубите на микробрановата електрода, истражувачите во оваа работа за прв пат предложија употреба на сребро како материјал за електрода со подобра спроводливост, а беше покажано дека сребрената електрода ги намалува загубите на микробранови за 82% во споредба со широко користената златна електрода.

СЛ. 1 Структура на LTOI електрооптички модулатор, дизајн на фазно усогласување, тест за губење на микробранови електроди.

Сл. 2 го прикажува експерименталниот апарат и резултатите од LTOI електро-оптичкиот модулатор замодулиран интензитетдиректна детекција (IMDD) во оптички комуникациски системи. Експериментите покажуваат дека LTOI електрооптичкиот модулатор може да пренесува PAM8 сигнали со брзина на сигнали 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 понизок од прагот од 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Резултатите од тестот за око и хистограм на Слика 3 визуелно покажуваат дека LTOI електрооптичкиот модулатор може да се користи во брзи комуникациски системи со висока линеарност и ниска стапка на битна грешка.

СЛ. 2 Експеримент со користење на LTOI електро-оптички модулатор заМодулиран интензитетДиректна детекција (IMDD) во оптички комуникациски систем (a) експериментален уред; (b) Измерена стапка на битна грешка (BER) на сигналите PAM8 (црвена), PAM4 (зелена) и PAM2 (сина) како функција на стапката на знаци; (c) Извлечена стапка на употребливи информации (AIR, испрекината линија) и поврзаната нето стапка на податоци (NDR, непрекината линија) за мерења со вредности на стапка на битна грешка под границата од 25% SD-FEC; (d) Мапи на очите и статистички хистограми под PAM2, PAM4, PAM8 модулација.

Оваа работа го демонстрира првиот брз LTOI електро-оптички модулатор со пропусен опсег од 3 dB од 110 GHz. Во експериментите за пренос со директна детекција на IMDD со модулација на интензитет, уредот постигнува нето брзина на пренос на податоци од 405 Gbit/s со еден носител, што е споредливо со најдобрите перформанси на постојните електро-оптички платформи како што се LNOI и плазма модулатори. Во иднина, користењето на посложениIQ модулатордизајни или понапредни техники за корекција на грешки во сигналот, или со користење на супстрати со помали микробранови загуби како што се кварцните супстрати, се очекува уредите со литиум танталат да постигнат брзини на комуникација од 2 Tbit/s или повисоки. Во комбинација со специфичните предности на LTOI, како што се помалата двојна рефракција и ефектот на скала поради неговата широка примена на други пазари на RF филтри, технологијата на литиум танталат фотоника ќе обезбеди решенија со ниска цена, ниска потрошувачка на енергија и ултра голема брзина за брзи оптички комуникациски мрежи и микробранови фотонски системи од следната генерација.