Litiumtantalat (LTOI) hög hastighetelektro-optisk modulator
Den globala datatrafiken fortsätter att växa, drivet av den utbredda användningen av ny teknik som 5G och artificiell intelligens (AI), vilket innebär betydande utmaningar för transceivrar på alla nivåer av optiska nätverk. Specifikt kräver nästa generations elektrooptiska modulatorteknik en betydande ökning av dataöverföringshastigheter till 200 Gbps i en enda kanal samtidigt som energiförbrukningen och kostnaderna minskar. Under de senaste åren har kiselfotonikteknik använts i stor utsträckning på marknaden för optiska sändtagare, främst på grund av det faktum att kiselfotonik kan massproduceras med den mogna CMOS-processen. SOI elektrooptiska modulatorer som förlitar sig på bärvågsspridning står dock inför stora utmaningar i bandbredd, strömförbrukning, fri bärvågsabsorption och moduleringsolinjäritet. Andra teknikvägar i branschen inkluderar InP, tunnfilmslitiumniobat LNOI, elektrooptiska polymerer och andra heterogena integrationslösningar för flera plattformar. LNOI anses vara den lösning som kan uppnå bästa prestanda i ultrahög hastighet och lågeffektmodulering, men den har för närvarande vissa utmaningar när det gäller massproduktionsprocess och kostnad. Nyligen lanserade teamet en tunnfilmslitiumtantalat (LTOI) integrerad fotonisk plattform med utmärkta fotoelektriska egenskaper och storskalig tillverkning, som förväntas matcha eller till och med överträffa prestanda hos litiumniobat- och kiseloptiska plattformar i många applikationer. Men fram till nu, kärnan enhet avoptisk kommunikation, den ultrahöga elektrooptiska modulatorn, har inte verifierats i LTOI.
I denna studie designade forskarna först den elektrooptiska LTOI-modulatorn, vars struktur visas i figur 1. Genom utformningen av strukturen för varje lager av litiumtantalat på isolatorn och parametrarna för mikrovågselektroden, utbredningen hastighetsmatchning av mikrovågsugn och ljusvåg ielektro-optisk modulatorförverkligas. När det gäller att minska förlusten av mikrovågselektroden föreslog forskarna i detta arbete för första gången användningen av silver som ett elektrodmaterial med bättre ledningsförmåga, och silverelektroden visade sig minska mikrovågsförlusten till 82 % jämfört med mycket använd guldelektrod.
FIKON. 1 LTOI elektrooptisk modulatorstruktur, fasmatchningsdesign, mikrovågselektrodförlusttest.
FIKON. 2 visar den experimentella apparaten och resultaten av LTOI elektrooptiska modulator förintensitetsmoduleraddirekt detektering (IMDD) i optiska kommunikationssystem. Experimenten visar att den elektrooptiska LTOI-modulatorn kan sända PAM8-signaler med en teckenhastighet på 176 GBd med en uppmätt BER på 3,8×10⁻² under 25% SD-FEC-tröskeln. För både 200 GBd PAM4 och 208 GBd PAM2 var BER signifikant lägre än tröskeln på 15 % SD-FEC och 7 % HD-FEC. Ögon- och histogramtestresultaten i figur 3 visar visuellt att den elektrooptiska LTOI-modulatorn kan användas i höghastighetskommunikationssystem med hög linjäritet och låg bitfelfrekvens.
FIKON. 2 Experimentera med LTOI elektro-optisk modulator förIntensitetsmoduleradDirekt detektion (IMDD) i optiskt kommunikationssystem (a) experimentell anordning; (b) Den uppmätta bitfelsfrekvensen (BER) för PAM8(röd), PAM4(grön) och PAM2(blå) signaler som en funktion av teckenhastigheten; (c) Extraherad användbar informationshastighet (AIR, streckad linje) och tillhörande nettodatahastighet (NDR, heldragen linje) för mätningar med bitfelshastighetsvärden under 25 % SD-FEC-gränsen; (d) Ögonkartor och statistiska histogram under PAM2, PAM4, PAM8 modulering.
Detta arbete demonstrerar den första höghastighets LTOI elektrooptiska modulatorn med en 3 dB bandbredd på 110 GHz. I IMDD-överföringsexperiment med direktdetektering av intensitetsmodulering uppnår enheten en nettodatahastighet på 405 Gbit/s för en bärare, vilket är jämförbart med den bästa prestandan hos befintliga elektrooptiska plattformar som LNOI och plasmamodulatorer. I framtiden använder mer komplexaIQ-modulatorkonstruktioner eller mer avancerade tekniker för korrigering av signalfel, eller med användning av substrat med lägre mikrovågsförlust, såsom kvartssubstrat, förväntas litiumtantalatenheter uppnå kommunikationshastigheter på 2 Tbit/s eller högre. I kombination med LTOI:s specifika fördelar, såsom lägre dubbelbrytning och skaleffekten på grund av dess utbredda tillämpning på andra marknader för RF-filter, kommer litiumtantalatfotonikteknik att tillhandahålla lågkostnadslösningar med låg effekt och ultrahöghastighet för nästa generations höghastighetslösningar -hastighets optiska kommunikationsnätverk och mikrovågsfotoniksystem.
Posttid: 2024-11-11