Lithiumtantalat (LTOI) Héichgeschwindegkeets-elektrooptesche Modulator

Lithiumtantalat (LTOI) mat héijer Geschwindegkeetelektrooptesche Modulator

De globale Datenverkéier wiisst weider, ugedriwwe vun der wäit verbreeter Adoptioun vun neien Technologien wéi 5G an kënschtlecher Intelligenz (KI), wat bedeitend Erausfuerderunge fir Transceiver op alle Niveauen vun opteschen Netzwierker duerstellt. Besonnesch erfuerdert déi elektrooptesch Modulatortechnologie vun der nächster Generatioun eng bedeitend Erhéijung vun den Dateniwwerdroungsraten op 200 Gbps an engem eenzege Kanal, wärend den Energieverbrauch a Käschte reduzéiert ginn. An de leschte Joren ass d'Siliziumphotoniktechnologie wäit verbreet um opteschen Transceivermaart agesat ginn, haaptsächlech well Siliziumphotonik mat dem reife CMOS-Prozess a Masseproduktioun ka ginn. Wéi och ëmmer, SOI elektrooptesch Modulatoren, déi op Trägerdispersioun vertrauen, stinn viru groussen Erausfuerderungen a punkto Bandbreet, Energieverbrauch, fräier Trägerabsorptioun an der Modulatiouns-Netlinearitéit. Aner Technologieweeër an der Industrie sinn InP, Dënnfilm-Lithiumniobat-LNOI, elektrooptesch Polymeren an aner Multi-Plattform heterogen Integratiounsléisungen. LNOI gëllt als déi Léisung, déi déi bescht Leeschtung an der Ultra-Héichgeschwindegkeets- a Low-Power-Modulatioun erreeche kann, awer et huet de Moment e puer Erausfuerderungen a punkto Masseproduktiounsprozess a Käschten. Viru kuerzem huet d'Team eng integréiert photonesch Plattform mat Dënnschichtlithiumtantalat (LTOI) mat exzellenten photoelektreschen Eegeschaften a Groussproduktioun lancéiert, déi erwaart gëtt d'Leeschtung vun optesche Plattforme vu Lithiumniobat a Silizium a ville Uwendungen ze erreechen oder souguer ze iwwertreffen. Bis elo war awer den Haaptapparat vunoptesch Kommunikatioun, den elektrooptesche Modulator mat ultra-héicher Geschwindegkeet, gouf net am LTOI verifizéiert.

An dëser Studie hunn d'Fuerscher fir d'éischt den LTOI elektrooptesche Modulator entwéckelt, deem seng Struktur an der Figur 1 gewisen ass. Duerch den Design vun der Struktur vun all Schicht Lithiumtantalat um Isolator an d'Parameteren vun der Mikrowellenelektrode gouf d'Upassung vun der Ausbreedungsgeschwindegkeet vu Mikrowellen- a Liichtwellen an der ...elektrooptesche Modulatorgëtt realiséiert. Wat d'Reduktioun vum Verloscht vun der Mikrowellenelektrode ugeet, hunn d'Fuerscher an dëser Aarbecht fir d'éischt Kéier d'Benotzung vu Sëlwer als Elektrodenmaterial mat besserer Konduktivitéit virgeschloen, an et gouf gewisen, datt d'Sëlwerelektrode de Mikrowellenverloscht op 82% am Verglach mat der wäit verbreeter Goldelektrode reduzéiert.

FIG. 1 Struktur vun der elektrooptescher Modulatioun vum LTOI, Phasenanpassungsdesign, Mikrowellenelektrodeverloschttest.

FIG. 2 weist den experimentellen Apparat an d'Resultater vum LTOI elektrooptesche Modulator firIntensitéitsmoduléiertDirektdetektioun (IMDD) an optesche Kommunikatiounssystemer. D'Experimenter weisen datt den LTOI elektrooptesche Modulator PAM8-Signaler mat enger Zeechequote vun 176 GBd mat engem gemoossene BER vun 3,8 × 10⁻² ënner dem 25% SD-FEC-Schwellwäert iwwerdroe kann. Fir souwuel 200 GBd PAM4 wéi och 208 GBd PAM2 war de BER däitlech méi niddereg wéi de Schwellwäert vun 15% SD-FEC a 7% HD-FEC. D'Resultater vum Aen- an Histogrammtest an der Figur 3 weisen visuell datt den LTOI elektrooptesche Modulator a High-Speed-Kommunikatiounssystemer mat héijer Linearitéit an enger gerénger Bitfehlerquote benotzt ka ginn.

FIG. 2 Experiment mat engem elektroopteschen LTOI-Modulator firIntensitéit moduléiertDirekt Detektioun (IMDD) an engem optesche Kommunikatiounssystem (a) an engem experimentellen Apparat; (b) Déi gemoossene Bitfehlerrate (BER) vu PAM8 (rout), PAM4 (gréng) a PAM2 (blo) Signaler als Funktioun vun der Zeecherate; (c) Extrahéiert brauchbar Informatiounsrate (AIR, gestreckte Linn) an déi associéiert Nettodatenrate (NDR, duerchgezunn Linn) fir Miessunge mat Bitfehlerratewäerter ënner der 25% SD-FEC Limit; (d) Aenkaarten a statistesch Histogrammer ënner PAM2-, PAM4-, PAM8-Moduléierung.

Dës Aarbecht weist den éischten High-Speed ​​LTOI elektrooptesche Modulator mat enger 3 dB Bandbreet vun 110 GHz. An Intensitéitsmodulatiouns-Direktdetektiouns-IMDD-Transmissiounsexperimenter erreecht den Apparat eng Single-Carrier Netto-Datenrate vu 405 Gbit/s, wat vergläichbar ass mat der beschter Leeschtung vun existente elektrooptesche Plattformen wéi LNOI a Plasmamodulatoren. An der Zukunft, mat Hëllef vu méi komplexen ...IQ-ModulatorEntwërf oder méi fortgeschratt Signalfehlerkorrekturtechniken, oder andeems Substrater mat méi niddrege Mikrowellenverloschter wéi Quarzsubstrater benotzt ginn, gëtt erwaart datt Lithiumtantalat-Bauelementer Kommunikatiounsraten vun 2 Tbit/s oder méi héich erreechen. Kombinéiert mat de spezifesche Virdeeler vun LTOI, wéi méi niddreg Duebelbriechung an dem Skaleneffekt wéinst senger verbreeter Uwendung an anere RF-Filtermäert, wäert d'Lithiumtantalat-Photonikstechnologie käschtegënschteg, energiespuerend an ultra-héichgeschwindeg Léisunge fir High-Speed-optesch Kommunikatiounsnetzwierker a Mikrowellenphotoniksystemer vun der nächster Generatioun ubidden.