Tantat de liti (LTOI) d'alta velocitatmodulador electro-òptic
El trànsit de dades global continua creixent, impulsat per l'adopció generalitzada de noves tecnologies com el 5G i la intel·ligència artificial (IA), que suposa reptes importants per als transceptors a tots els nivells de xarxes òptiques. Concretament, la tecnologia de moduladors electro-òptics de nova generació requereix un augment significatiu de les taxes de transferència de dades fins a 200 Gbps en un sol canal alhora que es redueix el consum i els costos d'energia. En els últims anys, la tecnologia fotònica de silici s'ha utilitzat àmpliament al mercat dels transceptors òptics, principalment pel fet que la fotònica de silici es pot produir en massa mitjançant el procés CMOS madur. Tanmateix, els moduladors electro-òptics SOI que es basen en la dispersió del portador s'enfronten a grans reptes en ample de banda, consum d'energia, absorció lliure del portador i no linealitat de la modulació. Altres rutes tecnològiques de la indústria inclouen InP, LNOI de niobat de liti de pel·lícula fina, polímers electro-òptics i altres solucions d'integració heterogènia multiplataforma. LNOI es considera la solució que pot aconseguir el millor rendiment en modulació de velocitat ultra alta i baixa potència, però actualment té alguns reptes pel que fa al procés de producció massiva i al cost. Recentment, l'equip va llançar 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 silici i niobat de liti en moltes aplicacions. No obstant això, fins ara, el dispositiu bàsic decomunicació òptica, el modulador electroòptic d'ultra alta velocitat, no s'ha verificat a LTOI.
En aquest estudi, els investigadors van dissenyar per primera vegada el modulador electro-òptic LTOI, l'estructura del qual es mostra a la figura 1. Mitjançant el disseny de l'estructura de cada capa de tantalat de liti a l'aïllant i els paràmetres de l'elèctrode de microones, la propagació concordança de velocitat de microones i ona de llum a lamodulador electro-òptices 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 redueix la pèrdua de microones al 82% en comparació amb el elèctrode d'or molt utilitzat.
FIG. 1 Estructura del modulador electro-òptic LTOI, disseny de concordança de fases, prova de pèrdua d'elèctrodes de microones.
FIG. 2 mostra l'aparell experimental i els resultats del modulador electro-òptic LTOI perintensitat moduladadetecció directa (IMDD) en sistemes de comunicació òptica. Els experiments mostren que el modulador electro-òptic LTOI pot transmetre senyals PAM8 a una velocitat de signe de 176 GBd amb un BER mesurat de 3,8 × 10⁻² per sota del llindar SD-FEC del 25%. Tant per a 200 GBd PAM4 com per a 208 GBd PAM2, BER va ser significativament inferior al llindar del 15% SD-FEC i 7% HD-FEC. Els resultats de la prova d'ulls i histograma de la figura 3 demostren visualment que el modulador electro-òptic LTOI es pot utilitzar en sistemes de comunicació d'alta velocitat amb alta linealitat i baixa taxa d'error de bits.
FIG. 2 Experimenta amb el modulador electro-òptic LTOI perIntensitat moduladaDetecció directa (IMDD) en sistema de comunicació òptica (a) dispositiu experimental; (b) La taxa d'error de bits mesurada (BER) dels senyals PAM8 (vermell), PAM4 (verd) i PAM2 (blau) en funció de la taxa de signes; (c) Taxa d'informació útil extreta (AIR, línia discontínua) i taxa de dades netes associades (NDR, línia sòlida) per a mesures amb valors de taxa d'error de bits per sota del límit SD-FEC del 25%; ( d ) Mapes oculars i histogrames estadístics sota modulació PAM2, PAM4, PAM8.
Aquest treball demostra el primer modulador electro-òptic LTOI d'alta velocitat amb una amplada de banda de 3 dB de 110 GHz. En experiments de transmissió IMDD de detecció directa de modulació d'intensitat, el dispositiu aconsegueix una velocitat de dades neta d'un sol portador de 405 Gbit/s, que és comparable al millor rendiment de les plataformes electroòptiques existents com ara LNOI i moduladors de plasma. En el futur, utilitzant més complexModulador 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 assoleixin velocitats de comunicació de 2 Tbit/s o superiors. Combinada amb els avantatges específics de LTOI, com ara la menor birrefringència 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, de baixa potència i d'alta velocitat per a la propera generació. -xarxes de comunicació òptica de velocitat i sistemes de fotònica de microones.
Hora de publicació: 11-12-2024