Tantalato di litio (LTOI) alta velocitàmodulatore elettro-ottico
Il traffico di dati globali continua a crescere, guidato dall'adozione diffusa di nuove tecnologie come il 5G e l'intelligenza artificiale (AI), che pone sfide significative per i ricetrasmettitori a tutti i livelli di reti ottiche. In particolare, la tecnologia del modulatore elettro-ottico di prossima generazione richiede un aumento significativo delle velocità di trasferimento dei dati a 200 Gbps in un singolo canale riducendo al contempo il consumo e i costi di energia. Negli ultimi anni, la tecnologia fotonica del silicio è stata ampiamente utilizzata nel mercato del ricetrasmettitore ottico, principalmente a causa del 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 del vettore affrontano grandi sfide in larghezza di banda, consumo di energia, assorbimento del vettore libero e non linearità della modulazione. Altre rotte tecnologiche nel settore includono INP, lnoi di nioba al litio a film sottile, polimeri elettro-ottici e altre soluzioni di integrazione eterogenea multi-piattaforma. LNOI è considerato la soluzione in grado di ottenere le migliori prestazioni nella velocità massima e nella modulazione a bassa potenza, tuttavia, attualmente ha alcune sfide in termini di processo di produzione di massa e costi. Di recente, il team ha lanciato una piattaforma fotonica integrata di litio tantalato (LTOI) con eccellenti proprietà fotoelettriche e produzione su larga scala, che dovrebbe abbinare o addirittura superare le prestazioni di niobate di litio e piattaforme ottiche al silicio in molte applicazioni. Tuttavia, fino ad ora, il dispositivo principale dicomunicazione ottica, il modulatore elettro-ottico ad alta velocità, non è stato verificato in LTOI.
In questo studio, i ricercatori hanno prima progettato il modulatore elettro-ottico LTOI, la cui struttura è mostrata nella Figura 1. Attraverso la progettazione della struttura di ogni strato di litio tantalato sull'isolante e i parametri dell'elettrodo a microonde, la velocità di propagazione corrispondente a microonde e onda leggera nell'ondaModulatore elettro-otticoè 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 elettrodo con migliore conducibilità e l'elettrodo d'argento ha dimostrato di ridurre la perdita di microonde all'82% rispetto all'elettrodo d'oro ampiamente utilizzato.
FICO. 1 Struttura del modulatore elettro-ottico LTOI, progettazione di corrispondenza di fase, test di perdita di elettrodi 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 a una velocità di segnale di 176 GBD con un BER misurato di 3,8 × 10⁻² al di sotto della soglia SD-FEC del 25%. Sia per 200 GBD PAM4 che per 208 GBD PAM2, BER era significativamente inferiore alla soglia del 15% SD-FEC e del 7% di HD-FEC. Il test degli occhi e dell'istogramma risulta nella Figura 3 dimostra 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 del bit.
FICO. 2 esperimento usando il modulatore elettro-ottico LTOI perIntensità modulataRilevamento diretto (IMDD) nel sistema di comunicazione ottica (a) dispositivo sperimentale; (b) il tasso di errore del bit misurato (BER) dei segnali PAM8 (rosso), PAM4 (verde) e PAM2 (blu) in funzione della velocità del segno; (c) velocità di informazione utilizzabile estratta (aria, linea tratteggiata) e velocità di dati netti associati (NDR, linea continua) per misurazioni con valori di tasso di errori bit al di sotto del limite SD-FEC del 25%; (D) Mappe degli occhi 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 da 3 dB di 110 GHz. Nella modulazione di intensità di rilevamento diretto Esperimenti di trasmissione IMDD, il dispositivo raggiunge una velocità di dati netti di un singolo portatore di 405 Gbit/s, che è paragonabile alle migliori prestazioni delle piattaforme elettro-ottiche esistenti come LNOI e modulatori al plasma. In futuro, usando più complessoModulatore IQProgetti o tecniche di correzione degli errori del segnale più avanzate o utilizzando substrati di perdita a microonde più bassi come substrati di quarzo, dispositivi di tantalato al litio raggiungeranno tassi di comunicazione di 2 Tbit/s o superiori. In combinazione con i vantaggi specifici di LTOI, come la birifrangenza inferiore e l'effetto della scala dovuta alla sua diffusa applicazione in altri mercati del filtro RF, la tecnologia fotonica del litio tantalato fornirà reti di comunicazione opticale di altissima velocità e sistemi fotonici a microonde.
Tempo post: dicembre-11-2024