Lithium Tantalate (LTOI) Mataas na bilis ng electro-optic modulator

Lithium Tantalate (LTOI) Mataas na bilisElectro-optic modulator

Ang trapiko ng data ng pandaigdigan ay patuloy na lumalaki, na hinihimok ng malawakang pag -ampon ng mga bagong teknolohiya tulad ng 5G at artipisyal na katalinuhan (AI), na nagdudulot ng mga mahahalagang hamon para sa mga transceiver sa lahat ng antas ng mga optical network. Partikular, ang susunod na henerasyon ng electro-optic modulator na teknolohiya ay nangangailangan ng isang makabuluhang pagtaas sa mga rate ng paglipat ng data sa 200 Gbps sa isang solong channel habang binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya at gastos. Sa mga nakaraang taon, ang teknolohiyang photonics ng silikon ay malawakang ginagamit sa merkado ng optical transceiver, higit sa lahat dahil sa ang katunayan na ang mga photonics ng silikon ay maaaring gawa ng masa gamit ang proseso ng mature na CMOS. Gayunpaman, ang mga modulators ng Electro-optic na SOI na umaasa sa pagkakalat ng carrier ay nahaharap sa mahusay na mga hamon sa bandwidth, pagkonsumo ng kuryente, libreng pagsipsip ng carrier at modulation nonlinearity. Ang iba pang mga ruta ng teknolohiya sa industriya ay kinabibilangan ng INP, manipis na film lithium niobate LNOI, electro-optical polymers, at iba pang mga multi-platform heterogenous na mga solusyon sa pagsasama. Ang LNOI ay itinuturing na solusyon na maaaring makamit ang pinakamahusay na pagganap sa ultra-mataas na bilis at mababang modyul ng kuryente, gayunpaman, sa kasalukuyan ay may ilang mga hamon sa mga tuntunin ng proseso ng paggawa ng masa at gastos. Kamakailan lamang, inilunsad ng koponan ang isang manipis na film lithium tantalate (LTOI) na integrated photonic platform na may mahusay na mga pag-aari ng photoelectric at malakihang paggawa, na inaasahang tutugma o kahit na lumampas sa pagganap ng lithium niobate at silikon na optical platform sa maraming mga aplikasyon. Gayunpaman, hanggang ngayon, ang pangunahing aparato ngOptical na komunikasyon, ang ultra-high speed electro-optic modulator, ay hindi napatunayan sa LTOI.

Sa pag-aaral na ito, unang dinisenyo ng mga mananaliksik ang LTOI electro-optic modulator, ang istraktura na kung saan ay ipinapakita sa Figure 1. Sa pamamagitan ng disenyo ng istraktura ng bawat layer ng lithium tantalate sa insulator at ang mga parameter ng microwave electrode, ang bilis ng pagpapalaganap ng microwave at light wave saElectro-optical modulatoray natanto. Sa mga tuntunin ng pagbabawas ng pagkawala ng microwave electrode, ang mga mananaliksik sa gawaing ito sa kauna -unahang pagkakataon ay iminungkahi ang paggamit ng pilak bilang isang materyal na elektrod na may mas mahusay na kondaktibiti, at ang pilak na elektrod ay ipinakita upang mabawasan ang pagkawala ng microwave sa 82% kumpara sa malawak na ginamit na gintong elektrod.

Fig. 1 ltoi electro-optic modulator istraktura, disenyo ng pagtutugma ng phase, pagsubok ng pagkawala ng elektrod ng microwave.

Fig. 2 ay nagpapakita ng pang-eksperimentong patakaran ng pamahalaan at mga resulta ng LTOI electro-optic modulator para saIntensity modulatedDirektang pagtuklas (IMDD) sa mga optical system ng komunikasyon. Ang mga eksperimento ay nagpapakita na ang LTOI electro-optic modulator ay maaaring magpadala ng mga signal ng PAM8 sa isang rate ng pag-sign ng 176 GBD na may isang sinusukat na BER na 3.8 × 10⁻² sa ibaba ng 25% SD-FEC threshold. Para sa parehong 200 GBD PAM4 at 208 GBD PAM2, ang BER ay makabuluhang mas mababa kaysa sa threshold ng 15% SD-FEC at 7% HD-FEC. Ang mga pagsubok sa mata at histogram ay nagreresulta sa Figure 3 biswal na nagpapakita na ang LTOI electro-optic modulator ay maaaring magamit sa mga high-speed na sistema ng komunikasyon na may mataas na pagkakasunud-sunod at mababang rate ng error.

Fig. 2 Eksperimento gamit ang LTOI electro-optic modulator para saIntensity modulatedDirektang pagtuklas (IMDD) sa optical system ng komunikasyon (a) aparato na pang -eksperimentong; . (c) nakuha ang magagamit na rate ng impormasyon (hangin, dashed line) at nauugnay na net data rate (NDR, solid line) para sa mga sukat na may mga halaga ng rate ng bit-error sa ibaba ng 25% na limitasyon ng SD-FEC; .

Ang gawaing ito ay nagpapakita ng unang high-speed LTOI electro-optic modulator na may 3 dB bandwidth na 110 GHz. Sa intensity modulation direktang pagtuklas ng mga eksperimento sa paghahatid ng IMDD, ang aparato ay nakamit ang isang solong rate ng data ng carrier ng 405 GBIT/s, na kung saan ay maihahambing sa pinakamahusay na pagganap ng umiiral na mga electro-optical platform tulad ng LNOI at mga modulators ng plasma. Sa hinaharap, gamit ang mas kumplikadoIQ ModulatorAng mga disenyo o mas advanced na mga diskarte sa pagwawasto ng error sa signal, o paggamit ng mas mababang mga substrate ng pagkawala ng microwave tulad ng Quartz substrates, ang mga aparato ng lithium tantalate ay inaasahan na makamit ang mga rate ng komunikasyon ng 2 TBIT/s o mas mataas. Pinagsama sa mga tiyak na pakinabang ng LTOI, tulad ng mas mababang birefringence at ang scale effect dahil sa malawakang aplikasyon nito sa iba pang mga merkado ng RF filter, ang mga solusyon sa lithium tantalate photonics ay magbibigay ng mababang-bilis na gastos, mababang-lakas at mga ultra-high-speed solution para sa mga susunod na henerasyon na high-speed optical network ng komunikasyon at mga microwave photonics system.