Lityum Tantalat (LTOI) Yüksek hızlı elektro-optik modülatör

Lityum Tantalat (LTOI) Yüksek Hızelektro-optik modülatör

Küresel veri trafiği, tüm optik ağlarda alıcı -vericiler için önemli zorluklar yaratan 5G ve Yapay Zeka (AI) gibi yeni teknolojilerin yaygın olarak benimsenmesiyle büyümeye devam ediyor. Özellikle, yeni nesil elektro-optik modülatör teknolojisi, enerji tüketimini ve maliyetlerini azaltırken, tek bir kanalda 200 Gbps'ye veri aktarım oranlarında önemli bir artış gerektirir. Son birkaç yılda, silikon fotonik teknolojisi, esas olarak silikon fotoniklerin olgun CMOS işlemi kullanılarak seri üretilebilmesi nedeniyle optik alıcı-verici pazarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, taşıyıcı dispersiyonuna dayanan SOI elektro-optik modülatörleri, bant genişliği, güç tüketimi, serbest taşıyıcı emilimi ve modülasyon doğrusal olmayanlarında büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Endüstrideki diğer teknoloji rotaları INP, ince film lityum niobat lnoi, elektro-optik polimerler ve diğer çok platform heterojen entegrasyon çözümleri sayılabilir. LNOI, ultra yüksek hızda ve düşük güç modülasyonunda en iyi performansı elde edebilen çözüm olarak kabul edilir, ancak şu anda kitle üretim süreci ve maliyet açısından bazı zorluklara sahiptir. Son zamanlarda, ekip birçok uygulamada lityum niobat ve silikon optik platformların performansını eşleştirmesi veya hatta aşması beklenen mükemmel fotoelektrik özelliklere ve büyük ölçekli üretime sahip ince bir film lityum tantalat (LTOI) entegre fotonik platform başlattı. Ancak, şimdiye kadar,optik iletişim, ultra yüksek hızlı elektro-optik modülatör, LTOI'da doğrulanmamıştır.

Bu çalışmada, araştırmacılar ilk olarak yapısı Şekil 1'de gösterilen LTOI elektro-optik modülatörünü tasarladı. Yalıtım üzerindeki her lityum tantalat katmanının yapısı ve mikrodalga elektrot parametreleri, mikrodalga ve ışık dalgasının yayılma hızı eşleşmesi ile mikrodalga ve ışık dalgasınınelektro-optik modülatörgerçekleştirildi. Mikrodalga elektrot kaybını azaltma açısından, budaki araştırmacılar ilk kez daha iyi iletkenliğe sahip bir elektrot malzemesi olarak gümüş kullanılmasını önerdiler ve gümüş elektrotun mikrodalga kaybını yaygın olarak kullanılan altın elektrota kıyasla% 82'ye düşürdüğü gösterilmiştir.

İNCİR. 1 LTOI Elektro-Optik Modülatör Yapısı, Faz Eşleştirme Tasarımı, Mikrodalga Elektrot Kayıp Testi.

İNCİR. 2, LTOI elektro-optik modülatörünün deneysel cihazını ve sonuçlarını göstermektedir.Yoğunluk modülasyonuOptik iletişim sistemlerinde doğrudan tespit (IMDD). Deneyler, LTOI elektro-optik modülatörünün PAM8 sinyallerini% 25 SD-FEC eşiğinin altında ölçülen 3,8 × 10⁻² ile 176 GBD'lik bir işaret oranında iletebileceğini göstermektedir. Hem 200 GBD PAM4 hem de 208 GBD PAM2 için BER,% 15 SD-FEC ve% 7 HD-FEC eşiğinden önemli ölçüde daha düşüktü. Şekil 3'teki göz ve histogram testi sonuçları, LTOI elektro-optik modülatörünün yüksek doğrusallık ve düşük bit hata oranına sahip yüksek hızlı iletişim sistemlerinde kullanılabileceğini görsel olarak göstermektedir.

İNCİR. 2 için ltoi elektro-optik modülatör kullanarak deneyYoğunluk modülasyonuOptik iletişim sisteminde (a) deney cihazında doğrudan tespit (IMDD); (b) işaret oranının bir fonksiyonu olarak PAM8 (kırmızı), PAM4 (yeşil) ve PAM2 (mavi) sinyallerinin ölçülen bit hata oranı (BER); (c)% 25 SD-FEC sınırının altındaki bit hatası hızı değerleri olan ölçümler için ekstrakte edilmiş kullanılabilir bilgi hızı (hava, kesik çizgi) ve ilişkili net veri hızı (NDR, düz çizgi); (d) PAM2, PAM4, PAM8 modülasyonu altında göz haritaları ve istatistiksel histogramlar.

Bu çalışma, 3 dB bant genişliği 110 GHz ile ilk yüksek hızlı LTOI elektro-optik modülatörünü göstermektedir. Yoğunluk modülasyonu doğrudan algılama IMDD iletim deneylerinde, cihaz LNOI ve plazma modülatörleri gibi mevcut elektro-optik platformların en iyi performansı ile karşılaştırılabilir olan 405 gbit/s'lik tek bir taşıyıcı net veri hızı elde eder. Gelecekte, daha karmaşık kullanarakIQ modülatörüTasarımlar veya daha gelişmiş sinyal hatası düzeltme teknikleri veya kuvars substratlar gibi daha düşük mikrodalga kaybı substratlarının kullanılması, lityum tantalat cihazlarının 2 tbit/s veya daha yüksek iletişim oranlarına ulaşması beklenmektedir. LTOI'nin diğer RF filtre pazarlarındaki yaygın uygulaması nedeniyle daha düşük çift kırma ve ölçek etkisi gibi özel avantajlarla birleştiğinde, lityum tantalat fotonik teknolojisi, düşük maliyetli, düşük güçlü ve ultra yüksek hızlı çözümler sağlayacak.