Танталат лития (LTOI) высокоскоростнойэлектрооптический модулятор
Глобальный трафик данных продолжает расти благодаря широкому внедрению новых технологий, таких как 5G и искусственный интеллект (ИИ), что создает серьезные проблемы для приемопередатчиков на всех уровнях оптических сетей. В частности, технология электрооптического модулятора следующего поколения требует значительного увеличения скорости передачи данных до 200 Гбит/с в одном канале при одновременном снижении энергопотребления и затрат. В последние несколько лет технология кремниевой фотоники широко используется на рынке оптических трансиверов, главным образом благодаря тому, что кремниевая фотоника может производиться массово с использованием зрелой технологии КМОП. Однако электрооптические модуляторы КНИ, основанные на дисперсии несущих, сталкиваются с серьезными проблемами, связанными с полосой пропускания, энергопотреблением, поглощением свободных несущих и нелинейностью модуляции. Другие технологические направления в отрасли включают InP, тонкопленочный ниобат лития LNOI, электрооптические полимеры и другие многоплатформенные гетерогенные интеграционные решения. LNOI считается решением, которое может обеспечить наилучшие характеристики при сверхвысокой скорости и малой мощности модуляции, однако в настоящее время у него есть некоторые проблемы с точки зрения процесса массового производства и стоимости. Недавно команда запустила интегрированную фотонную платформу из тонкопленочного танталата лития (LTOI) с превосходными фотоэлектрическими свойствами и крупномасштабным производством, которая, как ожидается, во многих приложениях будет соответствовать или даже превосходить характеристики оптических платформ из ниобата лития и кремния. Однако до сих пор основное устройствооптическая связь, сверхвысокоскоростной электрооптический модулятор, не прошел проверку в LTOI.
В этом исследовании исследователи сначала разработали электрооптический модулятор LTOI, структура которого показана на рисунке 1. Благодаря дизайну структуры каждого слоя танталата лития на изоляторе и параметрам микроволнового электрода распространение согласование скорости микроволновой и световой волн вэлектрооптический модуляторреализуется. Что касается снижения потерь СВЧ-электрода, исследователи в этой работе впервые предложили использовать серебро в качестве материала электрода с лучшей проводимостью, и было показано, что серебряный электрод снижает потери СВЧ-излучения до 82% по сравнению с широко используемый золотой электрод.
ИНЖИР. 1 Структура электрооптического модулятора LTOI, конструкция фазового согласования, испытание на потери микроволнового электрода.
ИНЖИР. 2 показана экспериментальная установка и результаты работы электрооптического модулятора LTOI длямодулированная интенсивностьпрямое обнаружение (IMDD) в системах оптической связи. Эксперименты показывают, что электрооптический модулятор LTOI может передавать сигналы PAM8 со скоростью знака 176 ГБд с измеренным BER 3,8×10⁻² ниже порога SD-FEC 25%. Как для 200 ГБ/с PAM4, так и для 208 ГБ/с PAM2 значение BER было значительно ниже порогового значения 15 % SD-FEC и 7 % HD-FEC. Результаты глазомерного теста и гистограммы на рисунке 3 наглядно демонстрируют, что электрооптический модулятор LTOI может использоваться в высокоскоростных системах связи с высокой линейностью и низким коэффициентом битовых ошибок.
ИНЖИР. 2 Эксперимент с использованием электрооптического модулятора LTOI дляМодулированная интенсивностьПрямое обнаружение (IMDD) в системе оптической связи (а) экспериментальное устройство; (b) Измеренная частота ошибок по битам (BER) сигналов PAM8 (красный), PAM4 (зеленый) и PAM2 (синий) как функция скорости знака; (c) Извлеченная полезная скорость передачи данных (AIR, пунктирная линия) и связанная с ней чистая скорость передачи данных (NDR, сплошная линия) для измерений со значениями частоты битовых ошибок ниже 25%-го предела SD-FEC; ( d ) Глазковые карты и статистические гистограммы при модуляции PAM2, PAM4, PAM8.
В данной работе демонстрируется первый высокоскоростной электрооптический модулятор LTOI с полосой пропускания 3 дБ на частоте 110 ГГц. В экспериментах по передаче IMDD с прямой модуляцией интенсивности устройство достигает чистой скорости передачи данных с одной несущей 405 Гбит/с, что сопоставимо с лучшими характеристиками существующих электрооптических платформ, таких как LNOI и плазменные модуляторы. В будущем использование более сложныхмодулятор IQожидается, что устройства с танталатом лития смогут достичь скорости передачи данных 2 Тбит/с или выше. В сочетании с особыми преимуществами LTOI, такими как более низкое двойное лучепреломление и эффект масштаба из-за его широкого применения на других рынках радиочастотных фильтров, технология фотоники из танталата лития обеспечит недорогие, маломощные и сверхвысокоскоростные решения для высокочастотных фильтров следующего поколения. -скоростные оптические сети связи и системы микроволновой фотоники.
Время публикации: 11 декабря 2024 г.