Lithium tantalate (LTOI) berkelajuan tinggimodulator elektro-optik
Trafik data global terus berkembang, didorong oleh penggunaan meluas teknologi baharu seperti 5G dan kecerdasan buatan (AI), yang menimbulkan cabaran penting untuk transceiver di semua peringkat rangkaian optik. Khususnya, teknologi modulator elektro-optik generasi akan datang memerlukan peningkatan ketara dalam kadar pemindahan data kepada 200 Gbps dalam satu saluran sambil mengurangkan penggunaan tenaga dan kos. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi fotonik silikon telah digunakan secara meluas dalam pasaran transceiver optik, terutamanya disebabkan oleh fakta bahawa fotonik silikon boleh dihasilkan secara besar-besaran menggunakan proses CMOS matang. Walau bagaimanapun, modulator elektro-optik SOI yang bergantung pada penyebaran pembawa menghadapi cabaran besar dalam lebar jalur, penggunaan kuasa, penyerapan pembawa percuma dan ketaklinearan modulasi. Laluan teknologi lain dalam industri termasuk InP, filem nipis litium niobate LNOI, polimer elektro-optik dan penyelesaian penyepaduan heterogen berbilang platform yang lain. LNOI dianggap sebagai penyelesaian yang boleh mencapai prestasi terbaik dalam kelajuan ultra tinggi dan modulasi kuasa rendah, namun, ia pada masa ini mempunyai beberapa cabaran dari segi proses pengeluaran besar-besaran dan kos. Baru-baru ini, pasukan itu melancarkan platform fotonik bersepadu litium litium tantalate (LTOI) filem nipis dengan sifat fotoelektrik yang sangat baik dan pembuatan berskala besar, yang dijangka sepadan atau bahkan melebihi prestasi platform optik litium niobate dan silikon dalam banyak aplikasi. Walau bagaimanapun, sehingga kini, peranti teraskomunikasi optik, modulator elektro-optik berkelajuan ultra tinggi, belum disahkan dalam LTOI.
Dalam kajian ini, penyelidik mula-mula mereka bentuk modulator elektro-optik LTOI, yang strukturnya ditunjukkan dalam Rajah 1. Melalui reka bentuk struktur setiap lapisan litium tantalate pada penebat dan parameter elektrod gelombang mikro, perambatan padanan kelajuan gelombang mikro dan cahaya dalammodulator elektro-optikdirealisasikan. Dari segi mengurangkan kehilangan elektrod gelombang mikro, penyelidik dalam kerja ini buat kali pertama mencadangkan penggunaan perak sebagai bahan elektrod dengan kekonduksian yang lebih baik, dan elektrod perak ditunjukkan dapat mengurangkan kehilangan gelombang mikro kepada 82% berbanding dengan elektrod emas yang digunakan secara meluas.
Gbr. 1 struktur modulator elektro-optik LTOI, reka bentuk padanan fasa, ujian kehilangan elektrod gelombang mikro.
Gbr. 2 menunjukkan radas eksperimen dan keputusan modulator elektro-optik LTOI untukkeamatan termodulatpengesanan terus (IMDD) dalam sistem komunikasi optik. Eksperimen menunjukkan bahawa modulator elektro-optik LTOI boleh menghantar isyarat PAM8 pada kadar tanda 176 GBd dengan BER diukur 3.8×10⁻² di bawah ambang SD-FEC 25%. Untuk kedua-dua 200 GBd PAM4 dan 208 GBd PAM2, BER adalah jauh lebih rendah daripada ambang 15% SD-FEC dan 7% HD-FEC. Keputusan ujian mata dan histogram dalam Rajah 3 menunjukkan secara visual bahawa modulator elektro-optik LTOI boleh digunakan dalam sistem komunikasi berkelajuan tinggi dengan kelinearan tinggi dan kadar ralat bit yang rendah.
Gbr. 2 Eksperimen menggunakan modulator elektro-optik LTOI untukIntensiti dimodulasiPengesanan Terus (IMDD) dalam sistem komunikasi optik (a) peranti eksperimen; (b) Kadar ralat bit terukur (BER) bagi isyarat PAM8(merah), PAM4(hijau) dan PAM2(biru) sebagai fungsi bagi kadar tanda; (c) Kadar maklumat boleh guna yang diekstrak (AIR, garis putus-putus) dan kadar data bersih yang berkaitan (NDR, garis pepejal) untuk pengukuran dengan nilai kadar ralat bit di bawah had SD-FEC 25%; (d) Peta mata dan histogram statistik di bawah modulasi PAM2, PAM4, PAM8.
Kerja ini menunjukkan modulator elektro-optik LTOI berkelajuan tinggi pertama dengan lebar jalur 3 dB 110 GHz. Dalam eksperimen penghantaran IMDD pengesanan langsung modulasi intensiti, peranti ini mencapai kadar data bersih pembawa tunggal sebanyak 405 Gbit/s, yang setanding dengan prestasi terbaik platform elektro-optik sedia ada seperti LNOI dan modulator plasma. Pada masa hadapan, menggunakan lebih kompleksmodulator IQreka bentuk atau teknik pembetulan ralat isyarat yang lebih maju, atau menggunakan substrat kehilangan gelombang mikro yang lebih rendah seperti substrat kuarza, peranti litium tantalat dijangka mencapai kadar komunikasi 2 Tbit/s atau lebih tinggi. Digabungkan dengan kelebihan khusus LTOI, seperti birefringence yang lebih rendah dan kesan skala disebabkan penggunaannya yang meluas dalam pasaran penapis RF lain, teknologi fotonik litium tantalate akan menyediakan penyelesaian kos rendah, kuasa rendah dan berkelajuan ultra tinggi untuk tinggi generasi akan datang. -rangkaian komunikasi optik berkelajuan dan sistem fotonik gelombang mikro.
Masa siaran: Dis-11-2024