Tantalat litiumi (LTOI) me shpejtësi të lartëmodulator elektro-optik
Trafiku global i të dhënave vazhdon të rritet, i nxitur nga miratimi i gjerë i teknologjive të reja si 5G dhe inteligjenca artificiale (AI), gjë që paraqet sfida të rëndësishme për marrës-transmetuesit në të gjitha nivelet e rrjeteve optike. Në mënyrë specifike, teknologjia e modulatorit elektro-optik të gjeneratës së ardhshme kërkon një rritje të konsiderueshme të shpejtësisë së transferimit të të dhënave në 200 Gbps në një kanal të vetëm, duke zvogëluar konsumin dhe kostot e energjisë. Në vitet e fundit, teknologjia e fotonikës së silikonit është përdorur gjerësisht në tregun e marrës-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 bartësve përballen me sfida të mëdha në gjerësinë e brezit, konsumin e energjisë, thithjen e bartësve të lirë dhe jolinearitetin e modulimit. Rrugë të tjera teknologjike në industri përfshijnë InP, LNOI niobati i litiumit me film të hollë, 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 energji të ulët, megjithatë, aktualisht ka disa sfida në aspektin e procesit të prodhimit në masë dhe kostos. Kohët e fundit, ekipi lançoi një platformë fotonike të integruar me tantalat litiumi (LTOI) me film të hollë me veti fotoelektrike të shkëlqyera dhe prodhim në shkallë të gjerë, e cila pritet të përputhet ose edhe të tejkalojë performancën e platformave optike të niobatit të litiumit dhe silikonit në shumë aplikime. Megjithatë, deri më tani, pajisja kryesore ekomunikim optik, modulatori elektro-optik me shpejtësi ultra të lartë, nuk është verifikuar në LTOI.
Në këtë studim, studiuesit fillimisht projektuan modulatorin elektro-optik LTOI, struktura e të cilit tregohet në Figurën 1. Nëpërmjet projektimit të strukturës së secilës shtresë të tantalatit të litiumit në izolator dhe parametrave të elektrodës së mikrovalës, përputhja e shpejtësisë së përhapjes së valës së mikrovalës dhe të dritës nëmodulator elektro-optikështë realizuar. Për sa i përket reduktimit të humbjeve të elektrodës së mikrovalës, studiuesit në këtë punim për herë të parë propozuan përdorimin e argjendit si material elektrode me përçueshmëri më të mirë, dhe elektroda e argjendit tregoi se zvogëlon humbjen e mikrovalës në 82% krahasuar me elektrodën e arit që përdoret gjerësisht.
FIG. 1 Struktura e modulatorit elektro-optik LTOI, projektimi 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 shpejtësi shenjash prej 176 GBd me një BER të matur prej 3.8×10⁻² nën pragun SD-FEC prej 25%. Për të dy 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 histogramës në Figurën 3 demonstrojnë vizualisht se modulatori elektro-optik LTOI mund të përdoret në sisteme komunikimi me shpejtësi të lartë me linearitet të lartë dhe shkallë të ulët gabimi bit.
FIG. 2 Eksperiment duke përdorur modulatorin elektro-optik LTOI përIntensiteti i moduluarZbulimi Direkt (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 një funksion i shkallës së shenjave; (c) Shkalla e informacionit të përdorshëm të nxjerrë (AIR, vijë e ndërprerë) dhe shkalla e të dhënave neto të shoqëruara (NDR, vijë e plotë) për matjet me vlera të shkallës së gabimit të bitit nën limitin 25% SD-FEC; (d) Hartat e syrit dhe histogramet statistikore nën modulimin PAM2, PAM4, PAM8.
Ky punim demonstron modulatorin e parë elektro-optik LTOI me shpejtësi të lartë me një gjerësi bande prej 3 dB prej 110 GHz. Në eksperimentet e 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 modulatorët LNOI dhe plazma. Në të ardhmen, duke përdorur modulatorë më kompleksëModulatori i IQ-sëdizajne ose teknika më të avancuara të korrigjimit të gabimeve të sinjalit, ose duke përdorur substrate me humbje më të ulëta në mikrovalë, siç janë substratet e kuarcit, pajisjet tantalate të litiumit pritet të arrijnë shpejtësi komunikimi prej 2 Tbit/s ose më të larta. E kombinuar me avantazhet specifike të LTOI, siç është dyfishimi më i ulët dhe efekti i shkallës për shkak të aplikimit të saj të gjerë në tregjet e tjera të filtrave RF, teknologjia fotonike e tantalatit të litiumit do të ofrojë zgjidhje me kosto të ulët, fuqi të ulët dhe shpejtësi ultra të lartë për rrjetet e komunikimit optik me shpejtësi të lartë të gjeneratës së ardhshme dhe sistemet fotonike me mikrovalë.
Koha e postimit: 11 dhjetor 2024