Tantalat de liti (LTOI) d'alta velocitatmodulador electroòptic
El trànsit de dades global continua creixent, impulsat per l'adopció generalitzada de noves tecnologies com el 5G i la intel·ligència artificial (IA), cosa que planteja reptes importants per als transceptors a tots els nivells de les xarxes òptiques. En concret, la tecnologia de modulador electroòptic de nova generació requereix un augment significatiu de les taxes de transferència de dades a 200 Gbps en un sol canal, alhora que redueix el consum d'energia i els costos. En els darrers anys, la tecnologia fotònica de silici s'ha utilitzat àmpliament al mercat dels transceptors òptics, principalment a causa del fet que la fotònica de silici es pot produir en massa mitjançant el procés CMOS madur. Tanmateix, els moduladors electroòptics SOI que es basen en la dispersió de portadores s'enfronten a grans reptes en amplada de banda, consum d'energia, absorció de portadores lliures i no linealitat de la modulació. Altres vies tecnològiques de la indústria inclouen InP, niobat de liti de pel·lícula fina LNOI, polímers electroòptics i altres solucions d'integració heterogènies multiplataforma. LNOI es considera la solució que pot aconseguir el millor rendiment en modulació d'ultraalta velocitat i baixa potència, però actualment té alguns reptes pel que fa al procés de producció en massa i al cost. Recentment, l'equip ha llançat una plataforma fotònica integrada de tantalat de liti de pel·lícula fina (LTOI) amb excel·lents propietats fotoelèctriques i fabricació a gran escala, que s'espera que iguali o fins i tot superi el rendiment de les plataformes òptiques de niobat de liti i silici en moltes aplicacions. No obstant això, fins ara, el dispositiu principal decomunicació òptica, el modulador electroòptic de velocitat ultraalta, no s'ha verificat en LTOI.
En aquest estudi, els investigadors van dissenyar primer el modulador electroòptic LTOI, l'estructura del qual es mostra a la Figura 1. Mitjançant el disseny de l'estructura de cada capa de tantalat de liti sobre l'aïllant i els paràmetres de l'elèctrode de microones, la coincidència de la velocitat de propagació de les microones i les ones de llum en elmodulador electroòptices realitza. Pel que fa a la reducció de la pèrdua de l'elèctrode de microones, els investigadors d'aquest treball van proposar per primera vegada l'ús de plata com a material d'elèctrode amb millor conductivitat, i es va demostrar que l'elèctrode de plata reduïa la pèrdua de microones fins a un 82% en comparació amb l'elèctrode d'or, àmpliament utilitzat.
FIG. 1 Estructura del modulador electroòptic LTOI, disseny d'adaptació de fase, prova de pèrdua d'elèctrode de microones.
La FIG. 2 mostra l'aparell experimental i els resultats del modulador electroòptic LTOI per aintensitat moduladadetecció directa (IMDD) en sistemes de comunicació òptica. Els experiments mostren que el modulador electroòptic LTOI pot transmetre senyals PAM8 a una taxa de signe de 176 GBd amb una BER mesurada de 3,8 × 10⁻² per sota del llindar del 25% SD-FEC. Tant per al PAM4 de 200 GBd com per al PAM2 de 208 GBd, la BER va ser significativament inferior al llindar del 15% SD-FEC i del 7% HD-FEC. Els resultats de les proves d'ull i histograma de la Figura 3 demostren visualment que el modulador electroòptic LTOI es pot utilitzar en sistemes de comunicació d'alta velocitat amb alta linealitat i baixa taxa d'error de bit.
FIG. 2 Experiment utilitzant un modulador electroòptic LTOI per aIntensitat moduladaDetecció directa (IMDD) en un sistema de comunicació òptica (a) dispositiu experimental; (b) La taxa d'error de bit (BER) mesurada dels senyals PAM8 (vermell), PAM4 (verd) i PAM2 (blau) en funció de la taxa de signe; (c) Taxa d'informació utilitzable extreta (AIR, línia discontínua) i taxa de dades neta associada (NDR, línia contínua) per a mesures amb valors de taxa d'error de bit per sota del límit del 25% SD-FEC; (d) Mapes oculars i histogrames estadístics sota modulació PAM2, PAM4, PAM8.
Aquest treball demostra el primer modulador electroòptic LTOI d'alta velocitat amb un ample de banda de 3 dB de 110 GHz. En experiments de transmissió IMDD de detecció directa amb modulació d'intensitat, el dispositiu aconsegueix una velocitat de dades neta de portadora única de 405 Gbit/s, que és comparable al millor rendiment de les plataformes electroòptiques existents com ara els moduladors LNOI i de plasma. En el futur, l'ús de moduladors més complexos...Modulador de coeficient intel·lectualdissenys o tècniques de correcció d'errors de senyal més avançades, o utilitzant substrats amb pèrdues de microones més baixes com ara substrats de quars, s'espera que els dispositius de tantalat de liti aconsegueixin taxes de comunicació de 2 Tbit/s o superiors. Combinat amb els avantatges específics de l'LTOI, com ara una menor birefringència i l'efecte d'escala a causa de la seva aplicació generalitzada en altres mercats de filtres de RF, la tecnologia fotònica de tantalat de liti proporcionarà solucions de baix cost, baix consum i ultraalta velocitat per a xarxes de comunicació òptica d'alta velocitat i sistemes fotònics de microones de nova generació.
Data de publicació: 11 de desembre de 2024