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. Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, silikon fotonik teknolojisi, esas olarak silikon fotoniklerin olgun CMOS işlemi kullanılarak seri üretilebilmesi nedeniyle optik alıcı-verici pazarında yaygın olarak kullanıldı. Bununla birlikte, 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 yer almaktadır. LNOI, ultra yüksek hız ve düşük güç modülasyonunda en iyi performansı elde edebilen çözüm olarak kabul edilir, ancak 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 ve bu platformun birçok uygulamada lityum niyobat ve silikon optik platformlarının performansına eşit olması veya hatta onları aşması bekleniyor. Ancak şimdiye kadar, çekirdek cihazoptik 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 eşleşmesi sağlandı.elektro-optik modülatörGerçekleştirilmiştir. Mikrodalga elektrodunun kaybını azaltma açısından, araştırmacılar bu çalışmada ilk kez daha iyi iletkenliğe sahip bir elektrot malzemesi olarak gümüş kullanımını önerdiler ve gümüş elektrodun mikrodalga kaybını yaygın olarak kullanılan altın elektroda kıyasla %82'ye kadar azalttığı gösterildi.
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 modüle edilmişOptik iletişim sistemlerinde doğrudan algılama (IMDD). Deneyler, LTOI elektro-optik modülatörünün 25% SD-FEC eşiğinin altında 3,8×10⁻²'lik ölçülmüş bir BER ile 176 GBd'lik bir işaret hızında PAM8 sinyallerini 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 test sonuçları, LTOI elektro-optik modülatörünün yüksek doğrusallık ve düşük bit hata oranına sahip yüksek hızlı iletişim sistemlerinde kullanılabileceğini görsel olarak göstermektedir.
ŞEKİL 2 LTOI elektro-optik modülatörünü kullanan 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, dolu çizgi); (d) PAM2, PAM4, PAM8 modülasyonu altında göz haritaları ve istatistiksel histogram.
Bu çalışma, 110 GHz'lik 3 dB bant genişliğine sahip ilk yüksek hızlı LTOI elektro-optik modülatörü göstermektedir. Yoğunluk modülasyonu doğrudan algılama IMDD iletim deneylerinde, cihaz, LNOI ve plazma modülatörleri gibi mevcut elektro-optik platformların en iyi performansına benzer olan 405 Gbit/s'lik tek taşıyıcı net veri hızına ulaşır. Gelecekte, daha karmaşıkIQ modülatörütasarımlar veya daha gelişmiş sinyal hata düzeltme teknikleri veya kuvars alt tabakalar gibi daha düşük mikrodalga kayıplı alt tabakalar kullanılarak, lityum tantalat aygıtlarının 2 Tbit/s veya daha yüksek iletişim hızlarına ulaşması bekleniyor. Diğer RF filtre pazarlarında yaygın olarak uygulanmasından kaynaklanan daha düşük çift kırılma ve ölçek etkisi gibi LTOI'nin belirli avantajlarıyla birleştiğinde, lityum tantalat fotonik teknolojisi, yeni nesil yüksek hızlı optik iletişim ağları ve mikrodalga fotonik sistemleri için düşük maliyetli, düşük güç ve ultra yüksek hızlı çözümler sağlayacaktır.
Yayınlanma zamanı: 11-Aralık-2024