Lithiumtantalaat (LTOI) hoge snelheidelektro-optische modulator
Het mondiale dataverkeer blijft groeien, gedreven door de wijdverbreide acceptatie van nieuwe technologieën zoals 5G en kunstmatige intelligentie (AI), wat aanzienlijke uitdagingen met zich meebrengt voor zendontvangers op alle niveaus van optische netwerken. Concreet vereist de elektro-optische modulatortechnologie van de volgende generatie een aanzienlijke verhoging van de gegevensoverdrachtsnelheden tot 200 Gbps in een enkel kanaal, terwijl het energieverbruik en de kosten worden verlaagd. De afgelopen jaren is siliciumfotonicatechnologie op grote schaal gebruikt in de markt voor optische zendontvangers, voornamelijk vanwege het feit dat siliciumfotonica in massa kan worden geproduceerd met behulp van het volwassen CMOS-proces. SOI elektro-optische modulatoren die afhankelijk zijn van draaggolfdispersie worden echter geconfronteerd met grote uitdagingen op het gebied van bandbreedte, energieverbruik, vrije draaggolfabsorptie en niet-lineariteit van de modulatie. Andere technologieroutes in de industrie zijn onder meer InP, dunne-film lithiumniobaat LNOI, elektro-optische polymeren en andere heterogene integratieoplossingen met meerdere platforms. LNOI wordt beschouwd als de oplossing die de beste prestaties kan behalen op het gebied van modulatie met ultrahoge snelheid en laag vermogen, maar kent momenteel enkele uitdagingen op het gebied van massaproductieprocessen en kosten. Onlangs lanceerde het team een geïntegreerd fotonisch platform met dunne film lithiumtantalaat (LTOI) met uitstekende foto-elektrische eigenschappen en grootschalige productie, dat naar verwachting in veel toepassingen de prestaties van lithiumniobaat- en silicium optische platforms zal evenaren of zelfs overtreffen. Tot nu toe was het kernapparaat vanoptische communicatie, de ultrasnelle elektro-optische modulator, is niet geverifieerd in LTOI.
In deze studie ontwierpen de onderzoekers eerst de LTOI elektro-optische modulator, waarvan de structuur wordt weergegeven in figuur 1. Door het ontwerp van de structuur van elke laag lithiumtantalaat op de isolator en de parameters van de microgolfelektrode, kan de voortplanting snelheidsaanpassing van magnetron 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 voor als elektrodemateriaal met betere geleidbaarheid, en er werd aangetoond dat de zilverelektrode het microgolfverlies tot 82% verminderde in vergelijking met de microgolfelektrode. veel gebruikte gouden elektrode.
AFB. 1 LTOI elektro-optische modulatorstructuur, fase-aanpassingsontwerp, verliestest voor microgolfelektroden.
AFB. 2 toont de experimentele apparatuur en resultaten van de LTOI elektro-optische modulator voorintensiteit gemoduleerddirecte detectie (IMDD) in optische communicatiesystemen. Uit de experimenten blijkt dat de LTOI elektro-optische modulator PAM8-signalen kan verzenden met een tekensnelheid van 176 GBd met een gemeten BER van 3,8×10⁻² onder de SD-FEC-drempel van 25%. Voor zowel 200 GBd PAM4 als 208 GBd PAM2 was de BER aanzienlijk lager dan de drempel van 15% SD-FEC en 7% HD-FEC. De oog- en histogramtestresultaten in figuur 3 tonen visueel aan dat de LTOI elektro-optische modulator kan worden gebruikt in hogesnelheidscommunicatiesystemen met hoge lineariteit en een laag bitfoutenpercentage.
AFB. 2 Experimenteer met een LTOI elektro-optische modulator voorIntensiteit gemoduleerdDirecte detectie (IMDD) in optisch communicatiesysteem (a) experimenteel apparaat; (b) Het gemeten bitfoutpercentage (BER) van PAM8 (rood), PAM4 (groen) en PAM2 (blauw) signalen als een functie van de tekensnelheid; (c) Geëxtraheerde bruikbare informatiesnelheid (AIR, stippellijn) en bijbehorende netto datasnelheid (NDR, ononderbroken lijn) voor metingen met bitfoutpercentagewaarden onder de SD-FEC-limiet van 25%; (d) Oogkaarten en statistische histogrammen onder PAM2-, PAM4-, PAM8-modulatie.
Dit werk demonstreert de eerste snelle LTOI elektro-optische modulator met een bandbreedte van 3 dB van 110 GHz. Bij IMDD-transmissie-experimenten met directe detectie van intensiteitsmodulatie bereikt het apparaat een netto datasnelheid per draaggolf van 405 Gbit/s, wat vergelijkbaar is met de beste prestaties van bestaande elektro-optische platforms zoals LNOI en plasmamodulatoren. In de toekomst zal het gebruik van meer complexIQ-modulatorOntwerpen of meer geavanceerde technieken voor signaalfoutcorrectie, of door gebruik te maken van substraten met een lager microgolfverlies, zoals kwartssubstraten, zullen lithiumtantalaatapparaten naar verwachting communicatiesnelheden van 2 Tbit/s of hoger bereiken. Gecombineerd met de specifieke voordelen van LTOI, zoals een lagere dubbele breking en het schaaleffect als gevolg van de wijdverbreide toepassing ervan in andere RF-filtermarkten, zal de lithiumtantalaat-fotonicatechnologie goedkope, energiezuinige en ultrasnelle oplossingen bieden voor de volgende generatie high-end technologie. -snelle optische communicatienetwerken en microgolffotonicasystemen.
Posttijd: 11 december 2024