Litium tantalat (LTOI) yüksək sürətli elektro-optik modulator

Litium tantalat (LTOI) yüksək sürətelektro-optik modulyator

Optik şəbəkələrin bütün səviyyələrində ötürücülər üçün əhəmiyyətli problemlər yaradan 5G və süni intellekt (AI) kimi yeni texnologiyaların geniş tətbiqi ilə qlobal məlumat trafiki artmaqda davam edir. Konkret olaraq, yeni nəsil elektro-optik modulyator texnologiyası enerji sərfiyyatını və xərcləri azaltmaqla bir kanalda məlumat ötürmə sürətlərinin 200 Gbit/s-ə qədər əhəmiyyətli dərəcədə artırılmasını tələb edir. Son bir neçə ildə silikon fotonik texnologiyası, əsasən, yetkin CMOS prosesindən istifadə edərək silisium fotoniklərinin kütləvi istehsal oluna bilməsi ilə əlaqədar olaraq, optik ötürücü bazarında geniş istifadə edilmişdir. Bununla belə, daşıyıcı dispersiyaya əsaslanan SOI elektro-optik modulyatorları bant genişliyi, enerji istehlakı, daşıyıcının sərbəst udulması və modulyasiyanın qeyri-xəttiliyində böyük problemlərlə üzləşirlər. Sənayedəki digər texnologiya marşrutlarına InP, nazik film litium niobat LNOI, elektro-optik polimerlər və digər çox platformalı heterojen inteqrasiya həlləri daxildir. LNOI, ultra yüksək sürət və aşağı güc modulyasiyasında ən yaxşı performansı əldə edə bilən həll hesab olunur, lakin hazırda onun kütləvi istehsal prosesi və dəyəri baxımından bəzi çətinlikləri var. Bu yaxınlarda komanda əla fotoelektrik xassələrə və geniş miqyaslı istehsala malik nazik film litium tantalat (LTOI) inteqrasiya edilmiş fotonik platformasını işə saldı ki, bu platformanın bir çox tətbiqlərdə litium niobat və silikon optik platformalarının performansına uyğun gəlməsi və ya hətta ondan çox olması gözlənilir. Ancaq indiyə qədər əsas cihazoptik rabitə, ultra yüksək sürətli elektro-optik modulator, LTOI-də təsdiqlənməmişdir.

Bu işdə tədqiqatçılar ilk olaraq strukturu Şəkil 1-də göstərilən LTOI elektro-optik modulyatorunu layihələndirmişlər. İzolyator üzərində litium tantalatın hər bir təbəqəsinin strukturunun dizaynı və mikrodalğalı elektrodun parametrləri vasitəsilə yayılma mikrodalğalı və işıq dalğasında sürət uyğunluğuelektro-optik modulyatorhəyata keçirilir. Mikrodalğalı elektrod itkisini azaltmaq baxımından, bu işdə tədqiqatçılar ilk dəfə daha yaxşı keçiriciliyə malik bir elektrod materialı kimi gümüşün istifadəsini təklif etdilər və gümüş elektrodun mikrodalğalı itkisini 82% -ə qədər azaltdığı göstərildi. geniş istifadə olunan qızıl elektrod.

ŞEK. 1 LTOI elektro-optik modulator quruluşu, faza uyğunluğu dizaynı, mikrodalğalı elektrod itkisi testi.

ŞEK. Şəkil 2 üçün LTOI elektro-optik modulyatorunun eksperimental aparatını və nəticələrini göstəririntensivliyi modullaşdırılmışdıroptik rabitə sistemlərində birbaşa aşkarlama (IMDD). Təcrübələr göstərir ki, LTOI elektro-optik modulator PAM8 siqnallarını 25% SD-FEC həddi altında 3,8×10⁻² ölçülmüş BER ilə 176 GBd işarə sürətində ötürə bilir. Həm 200 GBd PAM4, həm də 208 GBd PAM2 üçün BER 15% SD-FEC və 7% HD-FEC həddindən əhəmiyyətli dərəcədə aşağı idi. Şəkil 3-dəki göz və histoqram testinin nəticələri əyani şəkildə nümayiş etdirir ki, LTOI elektro-optik modulyator yüksək xətti və aşağı bit xətası dərəcəsi ilə yüksək sürətli rabitə sistemlərində istifadə edilə bilər.

ŞEK. 2 üçün LTOI elektro-optik modulatordan istifadə edərək sınaqİntensivlik modullaşdırılıbOptik rabitə sistemində (a) eksperimental cihazda birbaşa aşkarlama (IMDD); (b) işarə dərəcəsinin funksiyası kimi PAM8(qırmızı), PAM4(yaşıl) və PAM2(mavi) siqnallarının ölçülən bit xətası dərəcəsi (BER); (c) 25% SD-FEC limitindən aşağı bit xəta dərəcəsi dəyərləri ilə ölçmələr üçün çıxarılan istifadə edilə bilən məlumat dərəcəsi (AIR, kəsikli xətt) və əlaqəli xalis məlumat sürəti (NDR, bərk xətt); (d) PAM2, PAM4, PAM8 modulyasiyası altında göz xəritələri və statistik histoqramlar.

Bu iş 3 dB bant genişliyi 110 GHz olan ilk yüksək sürətli LTOI elektro-optik modulyatorunu nümayiş etdirir. İntensivlik modulyasiyasının birbaşa aşkarlanması ilə IMDD ötürmə təcrübələrində cihaz LNOI və plazma modulyatorları kimi mövcud elektro-optik platformaların ən yaxşı performansı ilə müqayisə oluna bilən 405 Gbit/s vahid daşıyıcı xalis məlumat sürətinə nail olur. Gələcəkdə daha mürəkkəb istifadə olunurIQ modulatorudizaynlar və ya daha qabaqcıl siqnal xətalarının düzəldilməsi üsulları və ya kvars substratları, litium tantalat cihazları kimi daha aşağı mikrodalğalı itki substratlarından istifadə etməklə 2 Tbit/s və ya daha yüksək rabitə sürətinə nail olacağı gözlənilir. LTOI-nin digər RF filtr bazarlarında geniş tətbiqinə görə daha aşağı iki qırılma və miqyas effekti kimi xüsusi üstünlükləri ilə birlikdə, litium tantalat fotonikası texnologiyası yeni nəsil yüksək məhsuldarlıq üçün aşağı qiymətli, aşağı güc və ultra yüksək sürətli həllər təmin edəcəkdir. -sürətli optik rabitə şəbəkələri və mikrodalğalı fotonik sistemlər.