Tantalat litium (LTOI) Modulator elektro-optik me shpejtësi të lartë

Tantalate litium (LTOI) Shpejtësia e lartëmodulator elektro-optik

Trafiku global i të dhënave vazhdon të rritet, i nxitur nga adoptimi i gjerë i teknologjive të reja si 5G dhe Inteligjenca Artificiale (AI), e cila paraqet sfida të rëndësishme për transmetuesit në të gjitha nivelet e rrjeteve optike. Në mënyrë të veçantë, teknologjia e modulatorit elektro-optik të gjeneratës tjetër kërkon një rritje të konsiderueshme të normave të transferimit të të dhënave në 200 Gbps në një kanal të vetëm ndërsa zvogëlon konsumin e energjisë dhe kostot. Në vitet e kaluara, teknologjia e fotonikës silikoni është përdorur gjerësisht në tregun optik të transmetuesit, kryesisht për shkak të faktit se fotonika silikoni mund të prodhohet në masë duke përdorur procesin e pjekur të CMOS. Sidoqoftë, moduluesit elektro-optikë SOI që mbështeten në shpërndarjen e bartësit përballen me sfida të mëdha në gjerësinë e bandës, konsumin e energjisë, thithjen e lirë të bartësit dhe jo linearitetin e modulimit. Rrugët e tjera të teknologjisë në industri përfshijnë INP, filmin e hollë Lithium Niobate LNOI, polimeret elektro-optike dhe zgjidhjet e tjera të integrimit heterogjen me shumë platformë. LNOI konsiderohet të jetë zgjidhja që mund të arrijë performancën më të mirë me shpejtësi ultra të lartë dhe modulim të ulët të energjisë, megjithatë, aktualisht ka disa sfida për sa i përket procesit të prodhimit në masë dhe kostos. Kohët e fundit, ekipi nisi një platformë fotonike të integruar të filmit të hollë Lithium Tantalate (LTOI) me veti të shkëlqyera fotoelektrike dhe prodhim në shkallë të gjerë, i cili pritet të përputhet ose edhe të tejkalojë performancën e Lithium niobate dhe platformave optike të Silicon në shumë aplikacione. Sidoqoftë, deri më tani, pajisja thelbësore ekomunikim optik, modulatori elektro-optik me shpejtësi ultra të lartë, nuk është verifikuar në LTOI.

Në këtë studim, studiuesit së pari hartuan modulatorin elektro-optik LTOI, struktura e së cilës është treguar në figurën 1. Përmes hartimit të strukturës së secilës shtresë të tantalatit të litiumit në izolues dhe parametrat e elektrodës së mikrovalës, përputhen me shpejtësinë e përhapjes së mikrovalës dhe valës së dritës nëmodulator elektro-optikrealizohet. Për sa i përket zvogëlimit të humbjes së elektrodës së mikrovalës, studiuesit në këtë punë për herë të parë propozuan përdorimin e argjendit si një material elektrodë me përçueshmëri më të mirë, dhe elektroda e argjendit u tregua se zvogëlon humbjen e mikrovalës në 82% në krahasim me elektrodën e artë të përdorur gjerësisht.

Fig. 1 Struktura e modulatorit elektro-optik LTOI, modelimi i përputhjes së fazës, testi i humbjes së elektrodës me mikrovalë.

Fig. 2 tregon aparatin eksperimental dhe rezultatet e modulatorit elektro-optik LTOI përintensiteti i moduluarZbulimi i drejtpërdrejtë (IMDD) në sistemet e komunikimit optik. Eksperimentet tregojnë se modulatori elektro-optik LTOI mund të transmetojë sinjale PAM8 me një normë shenje prej 176 GBD me një BER të matur prej 3.8 × 10⁻² nën pragun e 25% SD-FEC. Për të dy 200 GBD PAM4 dhe 208 GBD PAM2, BER ishte dukshëm më i ulët se pragu i 15% SD-FEC dhe 7% HD-FEC. Testi i syrit dhe histogramit rezulton në figurën 3 tregon vizualisht se modulatori elektro-optik LTOI mund të përdoret në sistemet e komunikimit me shpejtësi të lartë me linearitet të lartë dhe shkallë të ulët të gabimit.

Fig. 2 eksperiment duke përdorur modulatorin elektro-optik LTOI përIntensiteti i moduluarZbulimi i drejtpërdrejtë (IMDD) në sistemin e komunikimit optik (a) pajisje eksperimentale; (b) shkalla e matur e gabimit të bit (BER) e sinjaleve PAM8 (e kuqe), PAM4 (jeshile) dhe PAM2 (blu) si një funksion i shkallës së shenjës; (c) Shkalla e informacionit të përdorshëm të nxjerrë (AIR, linja e ndërprerë) dhe shkalla e të dhënave neto të shoqëruara (NDR, linja e ngurtë) për matjet me vlera të normës së gabimit bit nën kufirin 25% SD-FEC; (d) Hartat e syve dhe histogramet statistikore nën modulimin PAM2, PAM4, PAM8.

Kjo punë demonstron modulatorin e parë elektro-optik me shpejtësi të lartë LTOI me një gjerësi bandë 3 dB prej 110 GHz. Në modulimin e intensitetit të zbulimit të drejtpërdrejtë të eksperimenteve të transmetimit IMDD, pajisja arrin një normë të vetme të të dhënave neto të transportuesit prej 405 Gbit/s, i cili është i krahasueshëm me performancën më të mirë të platformave ekzistuese elektro-optike si moduluesit LNOI dhe plazma. Në të ardhmen, duke përdorur më komplekseModulator IQModelet ose teknikat më të përparuara të korrigjimit të gabimit të sinjalit, ose përdorimi i substrateve më të ulëta të humbjes së mikrovalës, siç janë substratet kuarci, pajisjet e tantalateve litium pritet të arrijnë normat e komunikimit prej 2 tBit/s ose më të larta. Kombinuar me avantazhet specifike të LTOI, të tilla si birefringence më e ulët dhe efekti i shkallës për shkak të aplikimit të tij të përhapur në tregjet e tjera të filtrit RF, teknologjia e fotonikës litium tantalate do të sigurojë zgjidhje me kosto të ulët, me fuqi të ulët dhe ultra të larta të rrjeteve të shkollës së ardhshme për rrjetet e komunikimit optik me shpejtësi të lartë.