Litium tantalate (LTOI) høyhastighets elektrooptisk modulator

Litium tantalate (ltoi) høy hastighetElektrooptisk modulator

Global datatrafikk fortsetter å vokse, drevet av den utbredte adopsjonen av nye teknologier som 5G og kunstig intelligens (AI), som gir betydelige utfordringer for sendere på alle nivåer av optiske nettverk. Spesifikt krever neste generasjons elektrooptiske modulatorteknologi en betydelig økning i dataoverføringshastigheter til 200 Gbps i en enkelt kanal, samtidig som det reduserer energiforbruket og kostnadene. I løpet av de siste årene har Silicon Photonics-teknologi blitt mye brukt i det optiske sender / mottakermarkedet, hovedsakelig på grunn av det faktum at silisiumfotonikk kan være masseprodusert ved bruk av den modne CMOS-prosessen. Imidlertid står SOI elektrooptiske modulatorer som er avhengige av spredning av bærer, store utfordringer i båndbredde, strømforbruk, fri bærerabsorpsjon og modulering av ikke-linearitet. Andre teknologiruter i bransjen inkluderer INP, tynnfilm litium niobate LNOI, elektrooptiske polymerer og andre heterogene integrasjonsløsninger med flere plattformer. LNOI anses å være løsningen som kan oppnå den beste ytelsen i ultrahøydehastighet og lav effektmodulasjon, men den har for tiden noen utfordringer når det gjelder masseproduksjonsprosess og kostnader. Nylig lanserte teamet en tynn film litium tantalate (LTOI) integrert fotonisk plattform med utmerkede fotoelektriske egenskaper og storstilt produksjon, som forventes å matche eller til og med overstige ytelsen til litium niobate og silisium optiske plattformer i mange applikasjoner. Imidlertid til nå kjerneanordningen tilOptisk kommunikasjon, den ultrahøye hastighets elektrooptiske modulatoren, er ikke bekreftet i LTOI.

I denne studien designet forskerne først LTOI elektrooptisk modulator, hvis struktur er vist i figur 1. gjennom utformingen av strukturen til hvert lag av litiumtantalat på isolatoren og parametrene til mikrobølgeelektroden, forplantningshastigheten til mikrobølgeovn og lysbølge i mikrobølgeelektroden, forplantningshastigheten til mikrobølgeovn og lysbølge i denElektrooptisk modulatorrealiseres. Når det gjelder å redusere tapet av mikrobølgeelektrode, foreslo forskerne i dette arbeidet for første gang bruk av sølv som et elektrodemateriale med bedre ledningsevne, og sølvelektroden ble vist å redusere mikrobølgeovn -tapet til 82% sammenlignet med den mye brukte gullelektroden.

Fig. 1 LTOI elektrooptisk modulatorstruktur, fasematchende design, mikrobølgeovnelektrodetapstest.

Fig. 2 viser eksperimentelle apparater og resultater av LTOI elektrooptisk modulator forintensitet modulertDirekte deteksjon (IMDD) i optiske kommunikasjonssystemer. Eksperimentene viser at den LTOI elektrooptiske modulatoren kan overføre PAM8-signaler med en skilthastighet på 176 GBD med en målt BER på 3,8 × 10⁻² under 25% SD-FEC-terskel. For både 200 GBD PAM4 og 208 GBD PAM2, var BER betydelig lavere enn terskelen på 15% SD-FEC og 7% HD-FEC. Øyet og histogramtesten resulterer i figur 3 viser visuelt at LTOI elektrooptisk modulator kan brukes i høyhastighetskommunikasjonssystemer med høy linearitet og lav bitfeilhastighet.

Fig. 2 Eksperiment ved bruk av LTOI elektrooptisk modulator forIntensitet modulertDirekte deteksjon (IMDD) i optisk kommunikasjonssystem (a) eksperimentell enhet; (b) den målte bitfeilhastigheten (BER) til PAM8 (rød), PAM4 (grønn) og PAM2 (blå) signaler som en funksjon av skiltfrekvensen; (c) ekstrahert brukbar informasjonshastighet (luft, stiplet linje) og tilhørende netto datahastighet (NDR, solid linje) for målinger med bit-feilfrekvensverdier under 25% SD-FEC-grensen; (D) Øyekart og statistiske histogrammer under PAM2, PAM4, PAM8 -modulasjon.

Dette arbeidet demonstrerer den første høyhastighets LTOI elektrooptiske modulatoren med en 3 dB båndbredde på 110 GHz. I intensitetsmodulasjons direkte deteksjon IMDD-transmisjonseksperimenter oppnår enheten en enkelt bærerettnettdata på 405 Gbit/s, som er sammenlignbar med den beste ytelsen til eksisterende elektrooptiske plattformer som LNOI og plasmamodulatorer. I fremtiden, ved å bruke mer kompleksIQ -modulatorDesign eller mer avanserte signalfeilkorreksjonsteknikker, eller ved å bruke lavere mikrobølgeovn -tapsunderlag som kvartsunderlag, forventes litiumtantalatenheter å oppnå kommunikasjonshastigheter på 2 TBIT/s eller høyere. Kombinert med LTOIs spesifikke fordeler, for eksempel lavere birefringence og skalaeffekten på grunn av dens utbredte anvendelse i andre RF-filtermarkeder, vil litiumtantalatfotonikkteknologi gi lave kostnader, lave kraft- og ultra-høyhastighetsløsninger for neste generasjons høyhastighets optiske kommunikasjonsnettverk og mikrobølger for mikrobølger.