Lityum tantalat (LTOI) yüksek hızelektro-optik modülatör
Küresel veri trafiği, 5G ve yapay zeka (AI) gibi yeni teknolojilerin yaygın olarak benimsenmesiyle büyümeye devam ediyor ve bu durum optik ağların tüm seviyelerinde alıcı-vericiler için önemli zorluklar oluşturuyor. Özellikle, yeni nesil elektro-optik modülatör teknolojisi, enerji tüketimini ve maliyetleri azaltırken tek bir kanalda 200 Gbps'ye kadar veri aktarım hızlarında önemli bir artış gerektiriyor. Son birkaç yılda, silikon fotonik teknolojisi, esas olarak silikon fotoniklerin olgun CMOS işlemi kullanılarak seri üretilebilmesi nedeniyle optik alıcı-verici pazarında yaygın olarak kullanılıyor. Ancak, taşıyıcı dağılımına dayanan SOI elektro-optik modülatörler, bant genişliği, güç tüketimi, serbest taşıyıcı emilimi ve modülasyon doğrusalsızlığı konusunda büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Sektördeki diğer teknoloji yolları arasında InP, ince film lityum niyobat LNOI, elektro-optik polimerler ve diğer çok platformlu heterojen entegrasyon çözümleri bulunmaktadır. LNOI, ultra yüksek hız ve düşük güç modülasyonunda en iyi performansı elde edebilen çözüm olarak kabul edilse de, şu anda seri üretim süreci ve maliyet açısından bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Ekip, yakın zamanda mükemmel fotoelektrik özelliklere ve büyük ölçekli üretime sahip ince film lityum tantalat (LTOI) entegre fotonik platformunu piyasaya sürdü. Bu platformun, birçok uygulamada lityum niyobat ve silikon optik platformlarının performansını yakalaması, hatta aşması bekleniyor. Ancak şimdiye kadar, LNOI'nin çekirdek cihazıoptik iletişimUltra yüksek hızlı elektro-optik modülatör LTOI'de doğrulanmamıştır.
Bu çalışmada araştırmacılar, ilk olarak yapısı Şekil 1'de gösterilen LTOI elektro-optik modülatörünü tasarladılar. Yalıtkan üzerindeki her bir lityum tantalat tabakasının yapısının tasarımı ve mikrodalga elektrodunun parametreleri aracılığıyla, mikrodalga ve ışık dalgasının yayılma hızı uyumu sağlandı.elektro-optik modülatörMikrodalga elektrot kaybını azaltma açısından, araştırmacılar bu çalışmada ilk kez daha iyi iletkenliğe sahip bir elektrot malzemesi olarak gümüş kullanımını önermişler ve gümüş elektrotun mikrodalga kaybını yaygın olarak kullanılan altın elektrota kıyasla %82 oranında azalttığı gösterilmiştir.
ŞEKİL 1 LTOI elektro-optik modülatör yapısı, faz eşleştirme tasarımı, mikrodalga elektrot kaybı testi.
Şekil 2, LTOI elektro-optik modülatörünün deneysel aparatını ve sonuçlarını göstermektedir.yoğunluk modülasyonluOptik haberleşme sistemlerinde doğrudan algılama (IMDD). Deneyler, LTOI elektro-optik modülatörünün, PAM8 sinyallerini 176 GBd sinyal hızında, %25 SD-FEC eşiğinin altında 3,8×10⁻² ölçülen BER ile iletebileceğini göstermektedir. Hem 200 GBd PAM4 hem de 208 GBd PAM2 için BER, %15 SD-FEC ve %7 HD-FEC eşiğinden önemli ölçüde düşüktü. Şekil 3'teki göz ve histogram testi sonuçları, LTOI elektro-optik modülatörünün yüksek doğrusallık ve düşük bit hata oranına sahip yüksek hızlı haberleşme sistemlerinde kullanılabileceğini görsel olarak göstermektedir.
ŞEKİL 2 LTOI elektro-optik modülatör kullanılarak yapılan deneyYoğunluk modüle edilmişOptik iletişim sisteminde Doğrudan Algılama (IMDD) (a) deneysel cihaz; (b) PAM8(kırmızı), PAM4(yeşil) ve PAM2(mavi) sinyallerinin ölçülen bit hata oranı (BER), işaret oranının bir fonksiyonu olarak; (c) %25 SD-FEC sınırının altındaki bit hata oranı değerlerine sahip ölçümler için çıkarılan kullanılabilir bilgi oranı (AIR, kesikli çizgi) ve ilişkili net veri oranı (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 modülatörü göstermektedir. Yoğunluk modülasyonlu doğrudan algılamalı IMDD iletim deneylerinde, cihaz, LNOI ve plazma modülatörleri gibi mevcut elektro-optik platformların en iyi performansına benzer olan 405 Gbit/sn'lik tek taşıyıcı net veri hızına ulaşmaktadır. Gelecekte, daha karmaşıkIQ modülatörüLityum tantalatlı cihazların, daha gelişmiş sinyal hata düzeltme teknikleri veya kuvars alt tabakalar gibi daha düşük mikrodalga kayıplı alt tabakalar kullanılarak 2 Tbit/sn veya daha yüksek iletişim hızlarına ulaşması beklenmektedir. LTOI'nin daha düşük çift kırılma ve diğer RF filtre pazarlarındaki yaygın uygulamasından kaynaklanan ölçek etkisi gibi kendine özgü avantajlarıyla birleştiğinde, lityum tantalatlı fotonik teknolojisi, yeni nesil yüksek hızlı optik iletişim ağları ve mikrodalga fotonik sistemleri için düşük maliyetli, düşük güçlü ve ultra yüksek hızlı çözümler sağlayacaktır.
Gönderim zamanı: 11 Aralık 2024