Litiumtantalat (LTOI) hög hastighetelektrooptisk modulator
Global datatrafik fortsätter att växa, drivet av det utbredda antagandet av ny teknik som 5G och Artificial Intelligence (AI), vilket utgör betydande utmaningar för sändtagare på alla nivåer av optiska nätverk. Specifikt kräver nästa generations elektrooptisk modulatorteknologi en betydande ökning av dataöverföringshastigheterna till 200 Gbps i en enda kanal samtidigt som energiförbrukningen minskar. Under de senaste åren har Silicon Photonics Technology använts i stor utsträckning på marknaden för optisk sändtagare, främst på grund av att kiselfotonik kan massproduceras med hjälp av den mogna CMOS-processen. SOI-elektrooptiska modulatorer som förlitar sig på transportdispersion möter emellertid stora utmaningar inom bandbredd, strömförbrukning, fri bärarabsorption och moduleringslinjäritet. Andra teknikvägar i branschen inkluderar INP, tunnfilm litium niobat lnoi, elektrooptiska polymerer och andra multi-plattform heterogena integrationslösningar. LNOI anses vara den lösning som kan uppnå bästa prestanda i ultrahög hastighet och låg effektmodulering, men den har för närvarande vissa utmaningar när det gäller massproduktionsprocess och kostnad. Nyligen lanserade teamet en tunn film litiumtantalat (LTOI) integrerad fotonisk plattform med utmärkta fotoelektriska egenskaper och storskalig tillverkning, som förväntas matcha eller till och med överskrida prestanda för litium-niobat och kiseloptiska plattformar i många applikationer. Emellertid fram till nu kärnanordningen föroptisk kommunikation, den elektro-optiska modulatorn för ultrahög hastighet har inte verifierats i LTOI.
I denna studie designade forskarna först LTOI-elektrooptisk modulator, vars struktur visas i figur 1. Genom utformningen av strukturen för varje skikt av litiumtantalat på isolatorn och parametrarna för mikrovågselektroden, förökningshastighetsmatchning av mikrovågsugn och ljusvåg i denelektrooptisk modulatorär realiserad. När det gäller att minska förlusten av mikrovågselektroden föreslog forskarna i detta arbete för första gången användning av silver som ett elektrodmaterial med bättre konduktivitet, och silverelektroden visade sig minska mikrovågsförlusten till 82% jämfört med den allmänt använda guldelektroden.
FIKON. 1 LTOI-elektrooptisk modulatorstruktur, fasmatchning av design, mikrovågselektrodförlusttest.
FIKON. 2 visar den experimentella apparaten och resultaten från LTOI-elektrooptisk modulator förmodulerad intensitetDirektdetektering (IMDD) i optiska kommunikationssystem. Experimenten visar att LTOI-elektrooptisk modulator kan överföra PAM8-signaler vid 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 för 15% SD-FEC och 7% HD-FEC. Ögon- och histogramtest resulterar i figur 3 visar visuellt att LTOI-elektrooptisk modulator kan användas i höghastighetskommunikationssystem med hög linearitet och låg bitfelfrekvens.
FIKON. 2 experiment med LTOI elektrooptisk modulator förModulerad intensitetDirektdetektering (IMDD) i optiskt kommunikationssystem (a) experimentell enhet; (B) den uppmätta bitfelfrekvensen (BER) för PAM8 (röd), PAM4 (grön) och PAM2 (blå) signaler som en funktion av skyltfrekvensen; (c) extraherad användbar informationsfrekvens (luft, streckad linje) och tillhörande nettodatahastighet (NDR, solid linje) för mätningar med bit-felhastighetsvärden under 25% SD-FEC-gränsen; (d) Ögonkartor och statistiska histogram under PAM2, PAM4, PAM8 -modulering.
Detta arbete visar den första höghastighets LTOI-elektrooptiska modulatorn med en 3 dB bandbredd på 110 GHz. I intensitetsmodulering Direktdetektering IMDD-överföringsexperiment uppnår enheten en enda bärare netto-datahastighet på 405 Gbit/s, vilket är jämförbart med den bästa prestanda för befintliga elektrooptiska plattformar såsom LNOI och plasmamodulatorer. I framtiden, med mer komplexIQ -modulatorKonstruktioner eller mer avancerade signalfelkorrigeringstekniker, eller med användning av lägre mikrovågsförlustunderlag såsom kvartsunderlag, förväntas litiumtantalatanordningar 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 RF-filtermarknader, kommer litiumtantalatfotoniksteknik och mikrovågsugn att ge lågkostnadssystem med låg effekt.
Posttid: dec-12-2024