Tantalat de litiu (LTOI) de mare vitezămodulator electro-optic
Traficul global de date continuă să crească, impulsionat de adoptarea pe scară largă a noilor tehnologii precum 5G și inteligența artificială (IA), ceea ce reprezintă provocări semnificative pentru transceivere la toate nivelurile rețelelor optice. Mai exact, tehnologia modulatorului electro-optic de generație următoare necesită o creștere semnificativă a ratelor de transfer de date la 200 Gbps într-un singur canal, reducând în același timp consumul de energie și costurile. În ultimii ani, tehnologia fotonicii pe siliciu a fost utilizată pe scară largă pe piața transceiverelor optice, în principal datorită faptului că fotonica pe siliciu poate fi produsă în masă folosind procesul CMOS matur. Cu toate acestea, modulatoarele electro-optice SOI care se bazează pe dispersia purtătorilor se confruntă cu provocări mari în ceea ce privește lățimea de bandă, consumul de energie, absorbția purtătorilor liberi și neliniaritatea modulației. Alte rute tehnologice din industrie includ InP, LNOI cu peliculă subțire de niobat de litiu, polimeri electro-optici și alte soluții de integrare eterogene multi-platformă. LNOI este considerată a fi soluția care poate obține cele mai bune performanțe în modulația de viteză ultra-mare și putere redusă, însă, în prezent, prezintă unele provocări în ceea ce privește procesul de producție în masă și costul. Recent, echipa a lansat o platformă fotonică integrată cu tantalat de litiu (LTOI) în peliculă subțire, cu proprietăți fotoelectrice excelente și producție la scară largă, despre care se așteaptă să egaleze sau chiar să depășească performanța platformelor optice de niobat de litiu și siliciu în multe aplicații. Cu toate acestea, până acum, dispozitivul principal al...comunicare optică, modulatorul electro-optic de ultra-înaltă viteză, nu a fost verificat în LTOI.
În acest studiu, cercetătorii au proiectat mai întâi modulatorul electro-optic LTOI, a cărui structură este prezentată în Figura 1. Prin proiectarea structurii fiecărui strat de tantalat de litiu de pe izolator și parametrii electrodului de microunde, potrivirea vitezei de propagare a microundelor și a undei luminoase în...modulator electro-opticse realizează. În ceea ce privește reducerea pierderilor electrodului de microunde, cercetătorii din această lucrare au propus pentru prima dată utilizarea argintului ca material pentru electrod cu o conductivitate mai bună, iar electrodul de argint a demonstrat că reduce pierderile de microunde cu 82% în comparație cu electrodul de aur utilizat pe scară largă.
FIG. 1 Structura modulatorului electro-optic LTOI, design de adaptare a fazei, test de pierdere a electrodului de microunde.
FIG. 2 prezintă aparatul experimental și rezultatele modulatorului electro-optic LTOI pentruintensitate modulatădetecție directă (IMDD) în sistemele de comunicații optice. Experimentele arată că modulatorul electro-optic LTOI poate transmite semnale PAM8 la o rată a semnului de 176 GBd cu un BER măsurat de 3,8×10⁻² sub pragul de 25% SD-FEC. Atât pentru PAM4 de 200 GBd, cât și pentru PAM2 de 208 GBd, BER a fost semnificativ mai mic decât pragul de 15% SD-FEC și 7% HD-FEC. Rezultatele testelor oculare și histogramă din Figura 3 demonstrează vizual că modulatorul electro-optic LTOI poate fi utilizat în sisteme de comunicații de mare viteză cu liniaritate ridicată și rată de eroare pe biți redusă.
FIG. 2 Experiment utilizând modulatorul electro-optic LTOI pentruIntensitate modulatăDetecție directă (IMDD) în sistemul de comunicații optice (a) dispozitiv experimental; (b) Rata de eroare pe biți (BER) măsurată a semnalelor PAM8 (roșu), PAM4 (verde) și PAM2 (albastru) în funcție de rata semnului; (c) Rata de informații utilizabile extrase (AIR, linie punctată) și rata netă de date asociată (NDR, linie continuă) pentru măsurători cu valori ale ratei de eroare pe biți sub limita de 25% SD-FEC; (d) Hărți oculare și histograme statistice sub modulație PAM2, PAM4, PAM8.
Această lucrare demonstrează primul modulator electro-optic LTOI de mare viteză cu o lățime de bandă de 3 dB de 110 GHz. În experimentele de transmisie IMDD cu detecție directă și modulație de intensitate, dispozitivul atinge o rată netă de date pe o singură purtătoare de 405 Gbit/s, ceea ce este comparabil cu cea mai bună performanță a platformelor electro-optice existente, cum ar fi modulatoarele LNOI și cu plasmă. În viitor, utilizarea unor modulatoare mai complexe...Modulator de IQPrin utilizarea unor modele sau tehnici mai avansate de corecție a erorilor de semnal sau prin utilizarea de substraturi cu pierderi mai mici de microunde, cum ar fi substraturile de cuarț, se așteaptă ca dispozitivele cu tantalat de litiu să atingă rate de comunicație de 2 Tbit/s sau mai mari. Combinată cu avantajele specifice ale LTOI, cum ar fi birefringența mai mică și efectul de scalare datorat aplicării sale pe scară largă pe alte piețe de filtre RF, tehnologia fotonică cu tantalat de litiu va oferi soluții cu costuri reduse, consum redus de energie și viteză ultra-înaltă pentru rețelele de comunicații optice de mare viteză de generație următoare și sistemele fotonice cu microunde.
Data publicării: 11 decembrie 2024