Lithium Tantalate (LTOI) Hoge snelheidelektro-optische modulator
Wereldwijd gegevensverkeer blijft groeien, aangedreven door de wijdverbreide acceptatie van nieuwe technologieën zoals 5G en kunstmatige intelligentie (AI), die belangrijke uitdagingen vormt voor zendontvangers op alle niveaus van optische netwerken. In het bijzonder vereist de volgende generatie elektro-optische modulatietechnologie een aanzienlijke toename van gegevensoverdrachtsnelheden tot 200 Gbps in een enkel kanaal, terwijl het energieverbruik en de kosten worden verminderd. In de afgelopen jaren is siliciumfotonica-technologie op grote schaal gebruikt in de optische transceiver-markt, voornamelijk vanwege het feit dat siliciumfotonica massaal kan worden geproduceerd met behulp van het volwassen CMOS-proces. SOI-elektro-optische modulatoren die afhankelijk zijn van dragerspersie, worden echter geconfronteerd met grote uitdagingen in bandbreedte, stroomverbruik, gratis dragerabsorptie en modulatie niet-lineariteit. Andere technologische routes in de industrie zijn onderp, dunne filmlithium niobaat LNOI, elektro-optische polymeren en andere heterogene integratieoplossingen met meerdere platforms. LNOI wordt beschouwd als de oplossing die de beste prestaties kan bereiken in ultrahoge snelheid en lage vermogensmodulatie, maar het heeft momenteel enkele uitdagingen op het gebied van massaproductieproces en kosten. Onlangs lanceerde het team een dunne film lithium tantalate (LTOI) geïntegreerd fotonisch platform met uitstekende foto-elektrische eigenschappen en grootschalige productie, die naar verwachting de prestaties van lithiumniobaat- en siliciumoptische platforms in veel toepassingen zal matchen of zelfs zal overtreffen. Tot nu toe echter, het kernapparaat vanoptische communicatie, de ultrahoge snelheid elektro-optische modulator, is niet geverifieerd in LTOI.
In deze studie hebben de onderzoekers eerst de LTOI-elektro-optische modulator ontworpen, waarvan de structuur wordt getoond in figuur 1. Door het ontwerp van de structuur van elke laag lithiumtantalaat op de isolator en de parameters van de microgolfelektrode, de voortplantingssnelheid van de microgolf en lichtgolf in deelektro-optische modulatorwordt gerealiseerd. In termen van het verminderen van het verlies van de microgolfelektrode, stelden de onderzoekers in dit werk voor het eerst het gebruik van zilver als een elektrodenmateriaal met een betere geleidbaarheid voor, en de zilverelektrode bleek het microgolfverlies te verminderen tot 82% in vergelijking met de veelgebruikte gouden elektrode.
Fig. 1 LTOI elektro-optische modulatorstructuur, fase matching-ontwerp, microgolfelektrode verliestest.
Fig. 2 toont het experimentele apparaat en de resultaten van de LTOI elektro-optische modulator voorIntensiteit gemoduleerdDirecte detectie (IMDD) in optische communicatiesystemen. De experimenten tonen aan dat de LTOI-elektro-optische modulator PAM8-signalen kan verzenden met een tekensnelheid van 176 GBD met een gemeten BER van 3,8 x 10⁻² onder de 25% SD-FEC-drempel. Voor zowel 200 GBD PAM4 als 208 GBD PAM2 was BER aanzienlijk lager dan de drempel van 15% SD-FEC en 7% HD-FEC. Het oog- en histogramtestresultaten in figuur 3 tonen visueel aan dat de LTOI-elektro-optische modulator kan worden gebruikt in hoogsnelheid communicatiesystemen met hoge lineariteit en lage bitfoutenpercentage.
Fig. 2 Experiment met LTOI elektro-optische modulator voorIntensiteit gemoduleerdDirecte detectie (IMDD) in het experimenteel apparaat van het optisch communicatiesysteem (A); (b) het gemeten bitfoutpercentage (BER) van PAM8 (rood), PAM4 (groen) en PAM2 (blauw) signalen als functie van de tekensnelheid; (c) geëxtraheerd bruikbare informatiegraad (lucht, stippellijn) en bijbehorende netto-gegevenssnelheid (NDR, ononderbroken lijn) voor metingen met bit-foutsnelheidswaarden onder de 25% SD-FEC-limiet; (D) Oogkaarten en statistische histogrammen onder PAM2, PAM4, PAM8 -modulatie.
Dit werk demonstreert de eerste high-speed LTOI elektro-optische modulator met een bandbreedte van 3 dB van 110 GHz. In intensiteitsmodulatie Directe detectie IMDD-transmissie-experimenten bereikt het apparaat een enkele netto gegevenssnelheid van 405 Gbit/s, wat vergelijkbaar is met de beste prestaties van bestaande elektro-optische platforms zoals LNOI- en plasmamodulatoren. In de toekomst, meer complexe gebruikIQ -modulatorOntwerpen of meer geavanceerde signaalfoutcorrectietechnieken, of het gebruik van lagere microgolfverlies -substraten zoals kwarts -substraten, lithiumtantalaatapparaten zullen naar verwachting communicatiegraad van 2 tbit/s of hoger bereiken. Gecombineerd met de specifieke voordelen van LTOI, zoals lagere dubbelbreking en het schaaleffect vanwege de wijdverbreide toepassing in andere RF-filtermarkten, biedt lithiumtantalaatfotonische technologie voor lagere, goedkope, goedkope en ultrahigh-speed-oplossingen voor de volgende generatie optische communicatienetwerken en microwave photonics-systemen.
Posttijd: dec-11-2024