высокоскоростной тантал лития (LTOI)электрооптический модулятор
Глобальный трафик данных продолжает расти, чему способствует широкое внедрение новых технологий, таких как 5G и искусственный интеллект (ИИ), что создает значительные проблемы для трансиверов на всех уровнях оптических сетей. В частности, технология электрооптических модуляторов 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 получила широкое распространение на рынке оптических трансиверов, главным образом благодаря возможности массового производства кремниевой фотоники с использованием зрелого CMOS-процесса. Однако электрооптические модуляторы на основе SOI, использующие дисперсию носителей заряда, сталкиваются с серьезными проблемами в отношении полосы пропускания, энергопотребления, поглощения свободных носителей и нелинейности модуляции. Другие технологические направления в отрасли включают InP, тонкопленочный ниобат лития LNOI, электрооптические полимеры и другие многоплатформенные решения для гетерогенной интеграции. LNOI считается решением, способным обеспечить наилучшие характеристики в сверхвысокоскоростной и низкоэнергетической модуляции, однако в настоящее время он сталкивается с некоторыми проблемами, связанными с процессом массового производства и стоимостью. Недавно команда разработала интегрированную фотонную платформу на основе тонкопленочного танталата лития (LTOI) с превосходными фотоэлектрическими свойствами и возможностью крупномасштабного производства, которая, как ожидается, во многих областях применения будет соответствовать или даже превосходить характеристики оптических платформ на основе ниобата лития и кремния. Однако до настоящего времени основное устройство...оптическая связьСверхскоростной электрооптический модулятор не был протестирован в LTOI.
В данном исследовании ученые сначала разработали электрооптический модулятор LTOI, структура которого показана на рисунке 1. Путем проектирования структуры каждого слоя танталата лития на изоляторе и параметров микроволнового электрода было достигнуто согласование скорости распространения микроволнового и светового волн в системе.электрооптический модуляторРеализовано. Что касается снижения потерь микроволнового электрода, исследователи в данной работе впервые предложили использовать серебро в качестве электродного материала с лучшей проводимостью, и было показано, что серебряный электрод снижает потери микроволнового излучения на 82% по сравнению с широко используемым золотым электродом.
Рис. 1. Структура электрооптического модулятора LTOI, схема фазового согласования, тест потерь в микроволновом электроде.
На фиг. 2 показана экспериментальная установка и результаты работы электрооптического модулятора LTOI дляинтенсивность модулированнаяПрямое детектирование (IMDD) в оптических системах связи. Эксперименты показывают, что электрооптический модулятор LTOI может передавать сигналы PAM8 со скоростью 176 Гбит/с с измеренной частотой ошибок битов (BER) 3,8×10⁻² ниже порога 25% SD-FEC. Для сигналов PAM4 со скоростью 200 Гбит/с и PAM2 со скоростью 208 Гбит/с частота ошибок битов была значительно ниже порога 15% SD-FEC и 7% HD-FEC соответственно. Результаты глазкового и гистограммного анализа на рисунке 3 наглядно демонстрируют, что электрооптический модулятор LTOI может использоваться в высокоскоростных системах связи с высокой линейностью и низкой частотой ошибок битов.
Рис. 2. Эксперимент с использованием электрооптического модулятора LTOI дляМодулированная интенсивностьПрямое детектирование (IMDD) в оптической системе связи: (a) экспериментальное устройство; (b) Измеренная частота битовых ошибок (BER) сигналов PAM8 (красный), PAM4 (зеленый) и PAM2 (синий) в зависимости от скорости передачи знаков; (c) Извлеченная полезная скорость передачи информации (AIR, пунктирная линия) и соответствующая чистая скорость передачи данных (NDR, сплошная линия) для измерений со значениями частоты битовых ошибок ниже предела 25% SD-FEC; (d) Глазковые карты и статистические гистограммы при модуляции PAM2, PAM4, PAM8.
В данной работе представлен первый высокоскоростной электрооптический модулятор LTOI с полосой пропускания 3 дБ в 110 ГГц. В экспериментах по передаче данных с прямой модуляцией интенсивности (IMDD) устройство обеспечивает скорость передачи данных по одной несущей 405 Гбит/с, что сопоставимо с лучшими показателями существующих электрооптических платформ, таких как LNOI и плазменные модуляторы. В будущем планируется использование более сложных систем.IQ-модуляторБлагодаря использованию более совершенных технологий, таких как разработка новых устройств или применение более эффективных методов коррекции ошибок сигнала, а также использование подложек с меньшими микроволновыми потерями, например, кварцевых, ожидается, что устройства на основе танталата лития позволят достичь скорости передачи данных 2 Тбит/с и выше. В сочетании со специфическими преимуществами LTOI, такими как меньшее двулучепреломление и масштабный эффект, обусловленный его широким применением на других рынках радиочастотных фильтров, технология фотоники на основе танталата лития обеспечит недорогие, маломощные и сверхскоростные решения для высокоскоростных оптических сетей связи следующего поколения и микроволновых фотонных систем.
Дата публикации: 11 декабря 2024 г.