Высокая скорость лития танталата (LTOI)электрооптический модулятор
Глобальный трафик данных продолжает расти, обусловленное широко распространенным внедрением новых технологий, таких как 5G и искусственный интеллект (ИИ), который ставит значительные проблемы для трансивер 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, одновременно снижая потребление энергии и затраты. В последние несколько лет технология кремния фотоники широко использовалась на рынке оптических приемопередатчиков, главным образом из-за того, что кремниевая фотоника может быть массово с использованием зрелого процесса CMOS. Тем не менее, электрооптические модуляторы SOI, которые полагаются на дисперсию носителей, сталкиваются с большими проблемами в пропускной способности, энергопотреблении, поглощении свободных носителей и нелинейности модуляции. Другие технологические маршруты в отрасли включают в себя INP, тонкоплентный литий niobate lnoi, электрооптические полимеры и другие многоплатформенные гетерогенные интеграционные решения. Считается, что LNOI является решением, которое может достичь наилучшей производительности при сверхвысокой скорости и модуляции с низкой мощностью, однако в настоящее время он имеет некоторые проблемы с точки зрения массового производства и затрат. Недавно команда запустила тонкую пленку литиевую танталат (LTOI) интегрированную фотонную платформу с отличными фотоэлектрическими свойствами и крупномасштабным производством, что, как ожидается, будет соответствовать или даже превышать производительность литий-нибате и силиконных оптических платформ во многих приложениях. Однако до сих пор основное устройствоОптическое общение, электрооптический модулятор с сверхвысокой скоростью, не был проверен в LTOI.
В этом исследовании исследователи сначала спроектировали электрооптический модулятор LTOI, структура которого показана на рисунке 1. Посредством конструкции структуры каждого слоя лития таталита на изоляторе и параметры микроволнового электрода, сопоставление скорости распространения микроволновой и легкой волны вэлектрооптический модуляторреализован. С точки зрения сокращения потери микроволнового электрода, исследователи в этой работе впервые предложили использование серебра в качестве электрода с лучшей проводимостью, и было показано, что серебряный электрод снижает потерю микроволновой печи до 82% по сравнению с широко используемым золотым электродом.
ИНЖИР. 1 LTOI электрооптическая структура модулятора, конструкция сопоставления фазы, тест потерь микроволнового электрода.
ИНЖИР. 2 показывает экспериментальный аппарат и результаты электрооптического модулятора LTOI дляинтенсивность модулированаПрямое обнаружение (IMDD) в системах оптической связи. Эксперименты показывают, что электрооптический модулятор LTOI может передавать сигналы PAM8 с скоростью знака 176 ГБД с измеренным BER 3,8 × 10 * ² ниже порогового значения SD-FEC 25%. Как для PAM4, так и для PAM2 в 200 ГБД, BER был значительно ниже, чем порог 15% SD-FEC и 7% HD-FEC. Тест глаз и гистограммы приводит на рис. 3 визуально демонстрируют, что электрооптический модулятор LTOI можно использовать в высокоскоростных системах связи с высокой линейностью и низкой частотой ошибок битов.
ИНЖИР. 2 Эксперимент с использованием электрооптического модулятора LTOI дляИнтенсивность модулированаПрямое обнаружение (IMDD) в системе оптической связи (а) экспериментальное устройство; (b) сигналы измеренной добычи ошибок (BER) PAM8 (красный), PAM4 (зеленый) и PAM2 (синий) в зависимости от скорости знака; (c) извлеченная потребляемая информационная скорость (AIR, пунктирная линия) и соответствующая чистая скорость передачи данных (NDR, сплошная линия) для измерений со значениями скорости BIT-ошибок ниже предела SD-FEC 25%; (D) Карты глаз и статистическая гистограмма при модуляции PAM2, PAM4, PAM8.
Эта работа демонстрирует первый высокоскоростный электрооптический модулятор LTOI с пропускной способностью 3 дБ 110 ГГц. В экспериментах по передаче прямого обнаружения модуляции интенсивности, устройство достигает единой чистой скорости передачи данных 405 Гбит/с, что сопоставимо с наилучшими характеристиками существующих электрооптических платформ, таких как модуляторы LNOI и плазмы. В будущем, используя более сложныеIQ модуляторОжидается, что конструкции или более расширенные методы коррекции ошибок сигнала или использование более низких подложков потерь микроволновой потери, таких как кварцевые субстраты, устройства танталата лития будут достигать скорости связи 2 TBIT/S или выше. В сочетании с конкретными преимуществами LTOI, такими как более низкая двуметровая, и эффект масштаба из-за его широко распространенного применения на других рынках радиочастотных фильтров, технология Photonics Lithium Tantalate обеспечит низкокачественные растворы для высокоскоростной оптической коммуникационной сети следующего поколения.
Время публикации: декабрь-11-2024