Lityum tantalat (LTOI) yüksek hızlıelektro-optik modülatör
5G ve yapay zeka (YZ) gibi yeni teknolojilerin yaygın kullanımıyla küresel veri trafiği artmaya devam ediyor ve bu durum, optik ağların her seviyesindeki alıcı-vericiler için önemli zorluklar yaratıyor. Özellikle, yeni nesil elektro-optik modülatör teknolojisi, enerji tüketimini ve maliyetleri azaltırken tek kanalda veri aktarım hızlarını 200 Gbps'ye çıkarmayı gerektiriyor. Son birkaç yıldır, silikon fotonik teknolojisi, olgun CMOS prosesi kullanılarak seri üretilebilmesi nedeniyle optik alıcı-verici pazarında yaygın olarak kullanılıyor. Bununla birlikte, taşıyıcı dağılımına dayanan SOI elektro-optik modülatörler, bant genişliği, güç tüketimi, serbest taşıyıcı emilimi ve modülasyon doğrusal olmaması konularında büyük zorluklarla karşı karşıya kalıyor. Sektördeki diğer teknoloji yaklaşımları arasında InP, ince film lityum niobat (LNOI), elektro-optik polimerler ve diğer çok platformlu heterojen entegrasyon çözümleri yer alıyor. LNOI, ultra yüksek hız ve düşük güç modülasyonunda en iyi performansı elde edebilecek çözüm olarak kabul edilmektedir; ancak şu anda seri üretim süreci ve maliyet açısından bazı zorlukları bulunmaktadır. Son zamanlarda ekip, mükemmel fotoelektrik özelliklere ve büyük ölçekli üretime sahip ince film lityum tantal (LTOI) entegre fotonik bir platform geliştirdi ve bu platformun birçok uygulamada lityum niobat ve silikon optik platformlarının performansına ulaşması veya hatta onu aşması bekleniyor. Bununla birlikte, şimdiye kadar, bu platformun temel cihazı henüz geliştirilmemiştir.optik iletişimUltra yüksek hızlı elektro-optik modülatörün LTOI'de doğrulanması henüz gerçekleşmemiştir.
Bu çalışmada, araştırmacılar ilk olarak Şekil 1'de yapısı gösterilen LTOI elektro-optik modülatörünü tasarladılar. Yalıtkan üzerindeki her bir lityum tantalatın yapısının ve mikrodalga elektrotunun parametrelerinin tasarımı yoluyla, mikrodalga ve ışık dalgasının yayılma hızının eşleştirilmesi sağlandı.elektro-optik modülatörGerçekleştirildi. Mikrodalga elektrotunun kaybını azaltma açısından, bu çalışmadaki araştırmacılar ilk kez daha iyi iletkenliğe sahip bir elektrot malzemesi olarak gümüş kullanımını önerdiler ve gümüş elektrotun, yaygın olarak kullanılan altın elektrota kıyasla mikrodalga kaybını %82 oranında azalttığı gösterildi.
ŞEKİL 1. LTOI elektro-optik modülatör yapısı, faz eşleştirme tasarımı, mikrodalga elektrot kaybı testi.
Şekil 2, LTOI elektro-optik modülatörünün deneysel düzeneğini ve sonuçlarını göstermektedir.yoğunluk modüle edilmişOptik iletişim sistemlerinde doğrudan algılama (IMDD). Deneyler, LTOI elektro-optik modülatörünün, %25 SD-FEC eşiğinin altında, 3,8×10⁻²'lik ölçülen BER ile 176 GBd'lik bir işaret hızında PAM8 sinyallerini iletebildiğini göstermektedir. Hem 200 GBd PAM4 hem de 208 GBd PAM2 için BER, %15 SD-FEC ve %7 HD-FEC eşiklerinden önemli ölçüde daha düşüktür. Şekil 3'teki göz ve histogram test sonuçları, LTOI elektro-optik modülatörünün yüksek doğrusallık ve düşük bit hata oranı ile yüksek hızlı iletişim sistemlerinde kullanılabileceğini görsel olarak göstermektedir.
ŞEKİL 2. LTOI elektro-optik modülatör kullanılarak yapılan deney.Yoğunluk modüle edilmişOptik iletişim sisteminde Doğrudan Algılama (IMDD) (a) deneysel cihaz; (b) İşaret hızına bağlı olarak PAM8 (kırmızı), PAM4 (yeşil) ve PAM2 (mavi) sinyallerinin ölçülen bit hata oranı (BER); (c) Bit hata oranı değerleri %25 SD-FEC sınırının altında olan ölçümler için çıkarılan kullanılabilir bilgi hızı (AIR, kesikli çizgi) ve ilişkili net veri hızı (NDR, düz çizgi); (d) PAM2, PAM4, PAM8 modülasyonu altında göz haritaları ve istatistiksel histogramlar.
Bu çalışma, 110 GHz'lik 3 dB bant genişliğine sahip ilk yüksek hızlı LTOI elektro-optik modülatörünü göstermektedir. Yoğunluk modülasyonlu doğrudan algılama (IMDD) iletim deneylerinde, cihaz 405 Gbit/s'lik tek taşıyıcılı net veri hızına ulaşmaktadır; bu da LNOI ve plazma modülatörleri gibi mevcut elektro-optik platformların en iyi performansıyla karşılaştırılabilir. Gelecekte, daha karmaşık yöntemler kullanılarak daha da geliştirilmesi hedeflenmektedir.IQ modülatörüDaha gelişmiş sinyal hata düzeltme teknikleri veya kuvars alt tabakalar gibi daha düşük mikrodalga kayıplı alt tabakalar kullanılarak, lityum tantalat cihazlarının 2 Tbit/s veya daha yüksek iletişim hızlarına ulaşması bekleniyor. LTOI'nin düşük çift kırılma ve diğer RF filtre pazarlarındaki yaygın uygulaması nedeniyle ölçek etkisi gibi özel avantajlarıyla birleştiğinde, lityum tantalat fotonik teknolojisi, yeni nesil yüksek hızlı optik iletişim ağları ve mikrodalga fotonik sistemleri için düşük maliyetli, düşük güç tüketimli ve ultra yüksek hızlı çözümler sağlayacaktır.
Yayın tarihi: 11 Aralık 2024