Литий танталаты (LTOI) жогорку ылдамдыктагыэлектро-оптикалык модулятор
Дүйнөлүк маалымат трафиги өсүүнү улантууда, бул 5G жана жасалма интеллект (ЖИ) сыяктуу жаңы технологиялардын кеңири колдонулушунун аркасында уланууда, бул оптикалык тармактардын бардык деңгээлдериндеги кабыл алгычтар үчүн олуттуу кыйынчылыктарды жаратат. Тактап айтканда, кийинки муундагы электро-оптикалык модулятор технологиясы энергияны керектөөнү жана чыгымдарды азайтуу менен бирге бир каналда маалыматтарды берүү ылдамдыгын 200 Гбит/сек чейин бир кыйла жогорулатууну талап кылат. Акыркы бир нече жылда кремний фотоника технологиясы оптикалык кабыл алгычтар рыногунда кеңири колдонулуп келет, негизинен кремний фотоникаларын жетилген CMOS процессин колдонуу менен массалык түрдө өндүрүүгө болот. Бирок, алып жүрүүчүлөрдүн дисперсиясына таянган SOI электро-оптикалык модуляторлору өткөрүү жөндөмдүүлүгүндө, энергияны керектөөдө, эркин алып жүрүүчүлөрдүн сиңирүүсүндө жана модуляциянын сызыктуу эместигинде чоң кыйынчылыктарга туш болушат. Тармактагы башка технологиялык жолдорго InP, жука пленкалуу литий ниобаты LNOI, электро-оптикалык полимерлер жана башка көп платформалуу гетерогендик интеграциялык чечимдер кирет. LNOI өтө жогорку ылдамдыктагы жана аз кубаттуулуктагы модуляцияда эң жакшы көрсөткүчтөргө жетише ала турган чечим деп эсептелет, бирок учурда массалык өндүрүш процесси жана баасы жагынан бир катар кыйынчылыктарга туш болууда. Жакында эле команда эң сонун фотоэлектрдик касиеттерге жана ири масштабдуу өндүрүшкө ээ болгон жука пленкалуу литий танталатын (LTOI) интеграцияланган фотондук платформаны ишке киргизди, ал көптөгөн колдонмолордо литий ниобатынын жана кремний оптикалык платформаларынын иштешине барабар же ал тургай андан да ашып түшөт деп күтүлүүдө. Бирок, ушул убакка чейин, негизги түзмөкоптикалык байланыш, өтө жогорку ылдамдыктагы электро-оптикалык модулятор, LTOIде текшерилген эмес.
Бул изилдөөдө изилдөөчүлөр алгач LTOI электро-оптикалык модуляторун иштеп чыгышкан, анын түзүлүшү 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. Изолятордогу литий танталатынын ар бир катмарынын түзүлүшүн жана микротолкундуу электроддун параметрлерин долбоорлоо аркылуу микротолкундуу жана жарык толкунунун таралуу ылдамдыгына дал келүү аныкталган.электро-оптикалык модуляторишке ашат. Микротолкундуу электроддун жоголушун азайтуу жагынан, бул иштеги изилдөөчүлөр биринчи жолу күмүштү жакшы өткөрүмдүүлүккө ээ электрод материалы катары колдонууну сунушташкан жана күмүш электрод кеңири колдонулган алтын электродго салыштырмалуу микротолкундуу жоголууну 82% га чейин азайтаары көрсөтүлгөн.
1-СҮРӨТ. LTOI электро-оптикалык модуляторунун түзүлүшү, фазаны дал келтирүү дизайны, микротолкундуу электроддун жоголушун сыноо.
2-сүрөттө LTOI электро-оптикалык модуляторунун эксперименталдык аппараты жана натыйжалары көрсөтүлгөн.интенсивдүүлүк модуляцияланганоптикалык байланыш системаларында түз аныктоо (IMDD). Эксперименттер көрсөткөндөй, LTOI электро-оптикалык модулятору PAM8 сигналдарын 176 ГБд белги ылдамдыгында, 25% SD-FEC босогосунан 3,8 × 10⁻² төмөн өлчөнгөн BER менен өткөрө алат. 200 ГБд PAM4 жана 208 ГБд PAM2 үчүн BER 15% SD-FEC жана 7% HD-FEC босогосунан бир топ төмөн болгон. 3-сүрөттө көрсөтүлгөн көз жана гистограмма сыноосунун жыйынтыктары LTOI электро-оптикалык модуляторун жогорку сызыктуулугу жана төмөн бит катасынын көрсөткүчү менен жогорку ылдамдыктагы байланыш системаларында колдонсо болорун визуалдык түрдө көрсөтүп турат.
2-СҮРӨТ. LTOI электро-оптикалык модуляторун колдонуу менен экспериментИнтенсивдүүлүк модуляцияланганОптикалык байланыш системасындагы түз аныктоо (IMDD) (а) эксперименталдык түзмөк; (б) PAM8 (кызыл), PAM4 (жашыл) жана PAM2 (көк) сигналдарынын өлчөнгөн бит катасынын ылдамдыгы (BER) белги ылдамдыгына жараша; (в) 25% SD-FEC чегинен төмөн бит катасынын ылдамдыгы менен өлчөөлөр үчүн алынган колдонууга жарамдуу маалымат ылдамдыгы (AIR, үзүк сызык) жана ага байланыштуу таза маалымат ылдамдыгы (NDR, үзүк сызык); (г) PAM2, PAM4, PAM8 модуляциясынын астындагы көз карталары жана статистикалык гистограммалар.
Бул иште 110 ГГц 3 дБ өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ болгон биринчи жогорку ылдамдыктагы LTOI электро-оптикалык модулятору көрсөтүлгөн. Интенсивдүүлүктү модуляциялоо менен түздөн-түз аныктоо IMDD берүү эксперименттеринде түзмөк бир ташуучунун таза маалымат берүү ылдамдыгын 405 Гбит/с түзөт, бул LNOI жана плазмалык модуляторлор сыяктуу учурдагы электро-оптикалык платформалардын эң жакшы көрсөткүчтөрүнө салыштырмалуу. Келечекте, татаалыраак колдонуу мененIQ модуляторудизайндарды же өркүндөтүлгөн сигнал каталарын оңдоо ыкмаларын, же кварц субстраттары сыяктуу микротолкундуу жоготууларды азайтуучу субстраттарды колдонуу менен, литий танталат түзүлүштөрү 2 Тбит/с же андан жогору байланыш ылдамдыгына жетишет деп күтүлүүдө. LTOIнин башка RF чыпка рынокторунда кеңири колдонулушунан улам төмөнкү кош сынуу жана масштаб эффектиси сыяктуу өзгөчө артыкчылыктары менен айкалышып, литий танталат фотоникасы технологиясы кийинки муундагы жогорку ылдамдыктагы оптикалык байланыш тармактары жана микротолкундуу фотоника системалары үчүн арзан, аз кубаттуулуктагы жана өтө жогорку ылдамдыктагы чечимдерди камсыз кылат.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 11-декабры