Litium tantalat (LTOI) me shpejtësi të 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 së ardhshme kërkon një rritje të konsiderueshme të shpejtësisë së transferimit të të dhënave deri në 200 Gbps në një kanal të vetëm duke reduktuar konsumin dhe kostot e energjisë. Në vitet e fundit, teknologjia e fotonikës së silikonit është përdorur gjerësisht në tregun e transmetuesve optikë, kryesisht për shkak të faktit se fotonika e silikonit mund të prodhohet në masë duke përdorur procesin e pjekur CMOS. Megjithatë, modulatorët elektro-optikë SOI që mbështeten në shpërndarjen e bartësit përballen me sfida të mëdha në gjerësinë e brezit, konsumin e energjisë, thithjen e lirë të bartësit dhe jolinearitetin e modulimit. Rrugët e tjera të teknologjisë në industri përfshijnë InP, niobat litium me film të hollë LNOI, polimere elektro-optike dhe zgjidhje të tjera integrimi heterogjene me shumë platforma. LNOI konsiderohet të jetë zgjidhja që mund të arrijë performancën më të mirë në modulimin me shpejtësi ultra të lartë dhe fuqi të ulët, megjithatë, aktualisht ka disa sfida për sa i përket procesit të prodhimit masiv dhe kostos. Kohët e fundit, ekipi lançoi një platformë fotonike të integruar të litiumit tantalate me film të hollë (LTOI) me veti të shkëlqyera fotoelektrike dhe prodhim në shkallë të gjerë, e cila pritet të përputhet apo edhe të tejkalojë performancën e platformave optike të niobatit të litiumit dhe silikonit në shumë aplikacione. Megjithatë, deri më tani, pajisja kryesore ekomunikimi optik, modulatori elektro-optik me shpejtësi ultra të lartë, nuk është verifikuar në LTOI.
Në këtë studim, studiuesit projektuan fillimisht modulatorin elektro-optik LTOI, struktura e të cilit është paraqitur në figurën 1. Nëpërmjet projektimit të strukturës së secilës shtresë të tantalatit të litiumit në izolator dhe parametrave të elektrodës së mikrovalës, përhapja përputhja e shpejtësisë 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 Elektroda ari e përdorur gjerësisht.
FIG. 1 Struktura e modulatorit elektro-optik LTOI, dizajni i përputhjes së fazave, 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 shpejtësi shenje prej 176 GBd me një BER të matur prej 3,8×10-² nën pragun 25% SD-FEC. Për të dyja 200 GBd PAM4 dhe 208 GBd PAM2, BER ishte dukshëm më i ulët se pragu prej 15% SD-FEC dhe 7% HD-FEC. Rezultatet e testit të syrit dhe histogramit në Figurën 3 tregojnë 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 në bit.
FIG. 2 Eksperimentoni 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 bitit (BER) e sinjaleve PAM8 (e kuqe), PAM4 (jeshile) dhe PAM2 (blu) si funksion i shkallës së shenjës; (c) Shkalla e informacionit të përdorshëm të nxjerrë (AIR, vijë e ndërprerë) dhe shpejtësia e të dhënave neto të lidhura (NDR, vijë e fortë) për matje me vlera të shkallës së gabimit të bitit nën kufirin 25% SD-FEC; (d) Hartat e syrit dhe histogramet statistikore nën modulimin PAM2, PAM4, PAM8.
Kjo punë demonstron modulatorin e parë elektro-optik LTOI me shpejtësi të lartë me një gjerësi brezi 3 dB prej 110 GHz. Në eksperimentet e transmetimit të transmetimit IMDD me zbulim të drejtpërdrejtë të modulimit të intensitetit, pajisja arrin një shpejtësi neto të të dhënave me një bartës të vetëm prej 405 Gbit/s, e cila është e krahasueshme me performancën më të mirë të platformave ekzistuese elektro-optike si LNOI dhe modulatorët e plazmës. Në të ardhmen, duke përdorur më komplekseModulator IQdizajne ose teknika më të avancuara të korrigjimit të gabimeve të sinjalit, ose duke përdorur substrate më të ulëta të humbjes së mikrovalëve, si p.sh. nënshtresat e kuarcit, pajisjet e litiumit tantalat pritet të arrijnë shpejtësi komunikimi prej 2 Tbit/s ose më të larta. Kombinuar me avantazhet specifike të LTOI, të tilla si dythyeshmëria më e ulët dhe efekti i shkallës për shkak të aplikimit të tij të gjerë në tregjet e tjera të filtrave RF, teknologjia fotonike e litiumit tantalat do të ofrojë zgjidhje me kosto të ulët, me fuqi të ulët dhe me shpejtësi ultra të lartë për gjeneratën e ardhshme të lartë. -Rrjetet e komunikimit optik me shpejtësi dhe sistemet fotonike me mikrovalë.
Koha e postimit: Dhjetor-11-2024