Tantalato di litio (LTOI) ad alta velocitàmodulatore elettroottico
Il traffico dati globale continua a crescere, spinto dall’adozione diffusa di nuove tecnologie come il 5G e l’intelligenza artificiale (AI), che pone sfide significative ai ricetrasmettitori a tutti i livelli delle reti ottiche. Nello specifico, la tecnologia del modulatore elettro-ottico di nuova generazione richiede un aumento significativo della velocità di trasferimento dati fino a 200 Gbps in un singolo canale, riducendo al contempo il consumo energetico e i costi. Negli ultimi anni, la tecnologia della fotonica del silicio è stata ampiamente utilizzata nel mercato dei ricetrasmettitori ottici, principalmente grazie al fatto che la fotonica del silicio può essere prodotta in serie utilizzando il processo CMOS maturo. Tuttavia, i modulatori elettro-ottici SOI che si basano sulla dispersione della portante devono affrontare grandi sfide in termini di larghezza di banda, consumo energetico, assorbimento della portante libera e non linearità della modulazione. Altri percorsi tecnologici nel settore includono InP, LNOI al niobato di litio a film sottile, polimeri elettro-ottici e altre soluzioni di integrazione eterogenee multipiattaforma. LNOI è considerata la soluzione in grado di ottenere le migliori prestazioni nella modulazione ad altissima velocità e bassa potenza, tuttavia attualmente presenta alcune sfide in termini di processo di produzione di massa e costi. Recentemente, il team ha lanciato una piattaforma fotonica integrata a film sottile di tantalato di litio (LTOI) con eccellenti proprietà fotoelettriche e produzione su larga scala, che dovrebbe eguagliare o addirittura superare le prestazioni delle piattaforme ottiche di niobato di litio e silicio in molte applicazioni. Tuttavia, fino ad ora, il dispositivo principale dicomunicazione ottica, il modulatore elettro-ottico ad altissima velocità, non è stato verificato in LTOI.
In questo studio, i ricercatori hanno innanzitutto progettato il modulatore elettro-ottico LTOI, la cui struttura è mostrata nella Figura 1. Attraverso la progettazione della struttura di ciascuno strato di tantalato di litio sull'isolante e i parametri dell'elettrodo a microonde, la propagazione adattamento della velocità del microonde e dell'onda luminosa nelmodulatore elettrootticoè realizzato. In termini di riduzione della perdita dell'elettrodo a microonde, i ricercatori in questo lavoro hanno proposto per la prima volta l'uso dell'argento come materiale per elettrodi con una migliore conduttività, e l'elettrodo d'argento ha dimostrato di ridurre la perdita di microonde all'82% rispetto all'elettrodo a microonde. elettrodo d'oro ampiamente utilizzato.
FICO. 1 Struttura del modulatore elettro-ottico LTOI, design di adattamento di fase, test di perdita dell'elettrodo a microonde.
FICO. 2 mostra l'apparato sperimentale e i risultati del modulatore elettro-ottico LTOI perintensità modulatarilevamento diretto (IMDD) nei sistemi di comunicazione ottica. Gli esperimenti mostrano che il modulatore elettro-ottico LTOI può trasmettere segnali PAM8 con una velocità di segno di 176 GBd con un BER misurato di 3,8×10⁻² al di sotto della soglia SD-FEC del 25%. Sia per PAM4 da 200 GBd che per PAM2 da 208 GBd, il BER era significativamente inferiore alla soglia del 15% SD-FEC e del 7% HD-FEC. I risultati del test visivo e dell'istogramma nella Figura 3 dimostrano visivamente che il modulatore elettro-ottico LTOI può essere utilizzato in sistemi di comunicazione ad alta velocità con elevata linearità e basso tasso di errore di bit.
FICO. 2 Esperimento utilizzando il modulatore elettro-ottico LTOI perIntensità modulataRilevazione diretta (IMDD) nel sistema di comunicazione ottica (a) dispositivo sperimentale; (b) Il tasso di errore di bit misurato (BER) dei segnali PAM8 (rosso), PAM4 (verde) e PAM2 (blu) in funzione del tasso di segno; (c) Velocità di informazione utilizzabile estratta (AIR, linea tratteggiata) e velocità di dati netta associata (NDR, linea continua) per misurazioni con valori di tasso di errore di bit inferiori al limite SD-FEC del 25%; (d) Mappe oculari e istogrammi statistici sotto modulazione PAM2, PAM4, PAM8.
Questo lavoro dimostra il primo modulatore elettro-ottico LTOI ad alta velocità con una larghezza di banda di 3 dB di 110 GHz. Negli esperimenti di trasmissione IMDD con rilevamento diretto della modulazione di intensità, il dispositivo raggiunge una velocità dati netta a portante singola di 405 Gbit/s, che è paragonabile alle migliori prestazioni delle piattaforme elettro-ottiche esistenti come LNOI e modulatori al plasma. In futuro, utilizzando più complessiModulatore del QIsi prevede che i dispositivi al tantalato di litio raggiungano velocità di comunicazione di 2 Tbit/s o superiori. In combinazione con i vantaggi specifici di LTOI, come la minore birifrangenza e l'effetto di scala dovuto alla sua ampia applicazione in altri mercati di filtri RF, la tecnologia fotonica al tantalato di litio fornirà soluzioni a basso costo, a basso consumo e ad altissima velocità per l'alta generazione di prossima generazione. reti di comunicazione ottica ad alta velocità e sistemi fotonici a microonde.
Orario di pubblicazione: 11 dicembre 2024