Lithium tantalate (LTOI) mataas na bilis ng electro-optic modulator

Mataas na bilis ng Lithium tantalate (LTOI)modulator na elektro-optiko

Patuloy na lumalaki ang pandaigdigang trapiko ng datos, dala ng malawakang pag-aampon ng mga bagong teknolohiya tulad ng 5G at artificial intelligence (AI), na nagdudulot ng mga makabuluhang hamon para sa mga transceiver sa lahat ng antas ng optical network. Partikular, ang susunod na henerasyon ng teknolohiyang electro-optic modulator ay nangangailangan ng malaking pagtaas sa mga rate ng paglilipat ng datos sa 200 Gbps sa isang channel habang binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya at mga gastos. Sa mga nakaraang taon, ang teknolohiyang silicon photonics ay malawakang ginagamit sa merkado ng optical transceiver, pangunahin dahil sa katotohanan na ang silicon photonics ay maaaring gawing maramihan gamit ang mature na proseso ng CMOS. Gayunpaman, ang mga SOI electro-optic modulator na umaasa sa carrier dispersion ay nahaharap sa malalaking hamon sa bandwidth, pagkonsumo ng kuryente, free carrier absorption at modulation nonlinearity. Kabilang sa iba pang mga ruta ng teknolohiya sa industriya ang InP, thin film lithium niobate LNOI, electro-optical polymers, at iba pang multi-platform heterogeneous integration solutions. Ang LNOI ay itinuturing na solusyon na maaaring makamit ang pinakamahusay na pagganap sa ultra-high speed at low power modulation, gayunpaman, kasalukuyan itong may ilang mga hamon sa mga tuntunin ng proseso at gastos ng mass production. Kamakailan lamang, inilunsad ng pangkat ang isang thin film lithium tantalate (LTOI) integrated photonic platform na may mahusay na photoelectric properties at malawakang pagmamanupaktura, na inaasahang makakapantay o makakalampas pa sa performance ng lithium niobate at silicon optical platforms sa maraming aplikasyon. Gayunpaman, hanggang ngayon, ang pangunahing aparato ngkomunikasyong optikal, ang ultra-high speed electro-optic modulator, ay hindi pa nabeberipika sa LTOI.

Sa pag-aaral na ito, unang dinisenyo ng mga mananaliksik ang LTOI electro-optic modulator, na ang istruktura ay ipinapakita sa Figure 1. Sa pamamagitan ng disenyo ng istruktura ng bawat patong ng lithium tantalate sa insulator at mga parameter ng microwave electrode, ang pagtutugma ng bilis ng paglaganap ng microwave at light wave samodulator na elektro-optikalay natanto. Sa usapin ng pagbabawas ng pagkawala ng microwave electrode, ang mga mananaliksik sa gawaing ito sa unang 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 na nakakabawas sa pagkawala ng microwave sa 82% kumpara sa malawakang ginagamit na gintong elektrod.

FIG. 1 Istruktura ng LTOI electro-optic modulator, disenyo ng phase matching, pagsubok sa pagkawala ng microwave electrode.

Ipinapakita ng FIG. 2 ang kagamitang pang-eksperimento at mga resulta ng LTOI electro-optic modulator para saintensidad na na-modulatedirektang deteksyon (IMDD) sa mga sistema ng komunikasyong optikal. Ipinapakita ng mga eksperimento na ang LTOI electro-optic modulator ay kayang magpadala ng mga signal ng PAM8 sa sign rate na 176 GBd na may nasukat na BER na 3.8×10⁻² na mas mababa sa 25% SD-FEC threshold. Para sa parehong 200 GBd PAM4 at 208 GBd PAM2, ang BER ay mas mababa nang malaki kaysa sa threshold na 15% SD-FEC at 7% HD-FEC. Ang mga resulta ng pagsubok sa mata at histogram sa Figure 3 ay biswal na nagpapakita na ang LTOI electro-optic modulator ay maaaring gamitin sa mga high-speed na sistema ng komunikasyon na may mataas na linearity at mababang bit error rate.

FIG. 2 Eksperimento gamit ang LTOI electro-optic modulator para saBinago ang intensidadDirektang Pagtuklas (IMDD) sa sistema ng komunikasyong optikal (a) pang-eksperimentong aparato; (b) Ang nasukat na bit error rate (BER) ng mga signal na PAM8(pula), PAM4(berde) at PAM2(asul) bilang isang function ng sign rate; (c) Kinuhang magagamit na information rate (AIR, putol-putol na linya) at kaugnay na net data rate (NDR, solidong linya) para sa mga sukat na may mga halaga ng bit-error rate na mas mababa sa 25% SD-FEC na limitasyon; (d) Mga mapa ng mata at mga statistical histogram sa ilalim ng PAM2, PAM4, PAM8 modulation.

Ipinapakita ng gawaing ito ang unang high-speed LTOI electro-optic modulator na may 3 dB bandwidth na 110 GHz. Sa mga eksperimento sa direktang pagtukoy ng IMDD transmission ng intensity modulation, nakakamit ng aparato ang single carrier net data rate na 405 Gbit/s, na maihahambing sa pinakamahusay na performance ng mga umiiral na electro-optical platform tulad ng LNOI at plasma modulators. Sa hinaharap, ang paggamit ng mas kumplikadong...Modulator ng IQSa mga disenyo o mas advanced na pamamaraan sa pagwawasto ng error sa signal, o paggamit ng mga substrate na may mas mababang microwave loss tulad ng mga substrate na quartz, inaasahang makakamit ng mga lithium tantalate device ang mga rate ng komunikasyon na 2 Tbit/s o mas mataas pa. Kasama ang mga partikular na bentahe 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 teknolohiya ng lithium tantalate photonics ay magbibigay ng mga solusyon na mababa ang gastos, mababa ang lakas, at ultra-high-speed para sa mga susunod na henerasyon ng high-speed optical communication network at mga microwave photonics system.