Lithium tantalate (LTOI) kelajuan tinggimodulator elektro-optik
Trafik data global terus berkembang, didorong oleh penggunaan teknologi baru seperti 5G dan kecerdasan buatan (AI), yang menimbulkan cabaran yang signifikan untuk transceiver di semua peringkat rangkaian optik. Khususnya, teknologi modulator elektro-optik generasi akan datang memerlukan peningkatan yang ketara dalam kadar pemindahan data kepada 200 Gbps dalam satu saluran sambil mengurangkan penggunaan dan kos tenaga. 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 yang matang. Walau bagaimanapun, modulator elektro-optik SOI yang bergantung kepada penyebaran pembawa menghadapi cabaran besar dalam jalur lebar, penggunaan kuasa, penyerapan pembawa percuma dan modulasi yang tidak linear. Laluan teknologi lain dalam industri termasuk INP, Lithium Niobate Lnoi filem nipis, polimer elektro-optik, dan penyelesaian integrasi heterogen multi-platform lain. LNOI dianggap sebagai penyelesaian yang dapat mencapai prestasi terbaik dalam kelajuan ultra-tinggi dan modulasi kuasa yang rendah, namun, ia kini mempunyai beberapa cabaran dari segi proses pengeluaran besar-besaran dan kos. Baru-baru ini, pasukan melancarkan platform fotonik bersepadu lithium tantalate (LTOI) yang tipis dengan sifat-sifat fotoelektrik yang sangat baik dan pembuatan berskala besar, yang dijangka sepadan atau melebihi prestasi lithium niobate dan platform optik silikon dalam banyak aplikasi. Walau bagaimanapun, sehingga kini, peranti teraskomunikasi optik, modulator elektro-optik kelajuan tinggi, belum disahkan dalam LTOI.
Dalam kajian ini, para penyelidik mula-mula merancang modulator elektro-optik LTOI, struktur yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Melalui reka bentuk struktur setiap lapisan lithium tantalate pada penebat dan parameter elektrod gelombang mikro, kelajuan penyebaran yang sesuai dengan gelombang mikro dan gelombang cahaya dimodulator elektro-optikdirealisasikan. Dari segi mengurangkan kehilangan elektrod gelombang mikro, para penyelidik dalam kerja ini untuk kali pertama mencadangkan penggunaan perak sebagai bahan elektrod dengan kekonduksian yang lebih baik, dan elektrod perak ditunjukkan untuk mengurangkan kehilangan gelombang mikro kepada 82% berbanding dengan elektrod emas yang digunakan secara meluas.
Rajah. 1 struktur modulator elektro-optik LTOI, reka bentuk pencocokan fasa, ujian kehilangan elektrod gelombang mikro.
Rajah. 2 menunjukkan alat eksperimen dan hasil modulator elektro-optik LTOI untukintensiti dimodulasiPengesanan Langsung (IMDD) dalam Sistem Komunikasi Optik. Eksperimen menunjukkan bahawa modulator elektro-optik LTOI boleh menghantar isyarat PAM8 pada kadar tanda 176 GBD dengan BER yang diukur sebanyak 3.8 × 10⁻² di bawah ambang 25% SD-FEC. Bagi kedua-dua 200 GBD PAM4 dan 208 GBD PAM2, BER jauh lebih rendah daripada ambang 15% SD-FEC dan 7% HD-FEC. Hasil ujian mata dan histogram dalam Rajah 3 secara visual menunjukkan bahawa modulator elektro-optik LTOI boleh digunakan dalam sistem komunikasi berkelajuan tinggi dengan linearity tinggi dan kadar ralat bit yang rendah.
Rajah. 2 Eksperimen menggunakan modulator elektro-optik LTOI untukIntensiti dimodulasiPengesanan Langsung (IMDD) dalam Sistem Komunikasi Optik (a) Peranti Eksperimen; (b) kadar ralat bit yang diukur (BER) PAM8 (merah), PAM4 (hijau) dan PAM2 (biru) isyarat sebagai fungsi kadar tanda; (c) Kadar maklumat yang boleh digunakan (udara, garis putus-putus) dan kadar data bersih yang berkaitan (NDR, garis pepejal) untuk pengukuran dengan nilai kadar kesilapan bit di bawah had 25% SD-FEC; (d) Peta mata dan histogram statistik di bawah modulasi PAM2, PAM4, PAM8.
Kerja ini menunjukkan modulator elektro-optik LTOI berkelajuan tinggi pertama dengan jalur lebar 3 dB 110 GHz. Dalam modulasi intensiti pengesanan langsung eksperimen penghantaran IMDD, peranti mencapai kadar data bersih pembawa tunggal 405 gbit/s, yang dapat dibandingkan dengan prestasi terbaik platform elektro-optik sedia ada seperti modulator LNOI dan plasma. Pada masa akan datang, menggunakan lebih kompleksModulator IQReka bentuk atau lebih banyak teknik pembetulan ralat isyarat lanjutan, atau menggunakan substrat kehilangan gelombang mikro yang lebih rendah seperti substrat kuarza, peranti litium tantalate dijangka mencapai kadar komunikasi 2 Tbit/s atau lebih tinggi. Digabungkan dengan kelebihan khusus LTOI, seperti birefringence yang lebih rendah dan kesan skala disebabkan oleh aplikasi yang meluas di pasaran penapis RF yang lain, teknologi fotonik lithium tantalate akan menyediakan penyelesaian kos rendah, kuasa rendah dan ultra-kelajuan tinggi untuk sistem fotonik optik kelajuan tinggi dan microwacs.
Masa Post: Dec-11-2024