Литий танталат (LTOI) жогорку ылдамдыктагы электро-оптикалык модулятор

Литий танталат (LTOI) жогорку ылдамдыктаэлектр-оптикалык модулятор

5G жана жасалма интеллект (AI) сыяктуу жаңы технологиялардын кеңири жайылышынан улам глобалдык маалымат трафиги өсүп жатат, бул оптикалык тармактардын бардык деңгээлдериндеги трансиверлер үчүн олуттуу кыйынчылыктарды жаратат. Тактап айтканда, кийинки муундагы электро-оптикалык модулятор технологиясы энергия керектөөнү жана чыгымдарды азайтуу менен бирге бир каналда 200 Гбит/сек чейин маалыматтарды берүү ылдамдыгын олуттуу жогорулатууну талап кылат. Акыркы бир нече жылда кремний фотоникасы технологиясы оптикалык transceiver рыногунда кеңири колдонулуп келет, бул негизинен кремний фотоникасы жетилген CMOS процессин колдонуу менен массалык түрдө чыгарыла тургандыгы менен байланыштуу. Бирок, алып жүрүүчү дисперсияга таянган SOI электро-оптикалык модуляторлору өткөрүү жөндөмдүүлүгү, энергия керектөө, алып жүрүүчүнү эркин жутуу жана модуляциянын сызыктуу эместиги боюнча чоң кыйынчылыктарга туш болушат. Өнөр жайдагы башка технологиялык жолдорго InP, ичке пленка литий ниобаты LNOI, электро-оптикалык полимерлер жана башка көп платформалуу гетерогендүү интеграциялык чечимдер кирет. LNOI ультра жогорку ылдамдыкта жана аз кубаттуулукту модуляциялоодо эң мыкты көрсөткүчтөргө жетише турган чечим болуп эсептелет, бирок азыркы учурда анын массалык өндүрүш процесси жана наркы боюнча бир катар кыйынчылыктары бар. Жакында, команда көптөгөн колдонмолордо литий ниобат жана кремний оптикалык платформаларынын көрсөткүчтөрүнө дал келет же андан ашат деп күтүлүп жаткан сонун фотоэлектрдик касиеттери жана масштабдуу өндүрүшү бар жука пленка литий танталат (LTOI) интеграцияланган фотоникалык платформаны ишке киргизди. Бирок, ушул убакка чейин негизги аппаратоптикалык байланыш, ультра жогорку ылдамдыктагы электро-оптикалык модулятор LTOIде текшерилген эмес.

Бул изилдөөдө изилдөөчүлөр биринчи жолу LTOI электро-оптикалык модуляторун иштеп чыгышкан, анын түзүлүшү 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. Изолятордогу литий танталаттын ар бир катмарынын структурасын долбоорлоо жана микротолкундуу электроддун параметрлери аркылуу микротолкундар менен жарык толкунунун таралуу ылдамдыгынын дал келүүсүн аныкташкан.электро-оптикалык модуляторишке ашат. Микротолкундуу электроддун жоготууларын азайтуу жагынан изилдөөчүлөр бул иштин алкагында биринчи жолу күмүштү электроддук материал катары колдонууну сунуш кылышкан жана күмүш электрод кеңири колдонулган алтын электрод менен салыштырганда микротолкундардагы жоготууларды 82% га чейин азайтканы көрсөтүлгөн.

FIG. 1 LTOI электро-оптикалык модулятор түзүмү, этап дал дизайн, микротолкундуу электрод жоготуу сыноо.

FIG. 2 үчүн LTOI электро-оптикалык модуляторунун эксперименталдык аппараты жана натыйжалары көрсөтүлгөнинтенсивдүүлүгү модуляцияланганоптикалык байланыш системаларында түздөн-түз аныктоо (IMDD). Тажрыйбалар көрсөткөндөй, LTOI электро-оптикалык модулятору PAM8 сигналдарын 25% SD-FEC босогосунан төмөн 3,8×10⁻² өлчөнгөн BER менен 176 ГБд белги ылдамдыгы менен өткөрө алат. 200 ГБд PAM4 жана 208 ГБд PAM2 үчүн BER 15% SD-FEC жана 7% HD-FEC босогосунан кыйла төмөн болгон. 3-сүрөттөгү көз жана гистограмма тестинин жыйынтыктары LTOI электро-оптикалык модуляторун жогорку сызыктуу жана аз бит ката ылдамдыгы менен жогорку ылдамдыктагы байланыш системаларында колдонсо болорун визуалдык түрдө көрсөтүп турат.

FIG. 2 үчүн LTOI электро-оптикалык модуляторун колдонуу менен экспериментИнтенсивдүүлүк модуляцияланганОптикалык байланыш системасында түз аныктоо (IMDD) (а) эксперименталдык түзүлүш; (b) PAM8(кызыл), PAM4(жашыл) жана PAM2(көк) сигналдарынын өлчөнгөн бит катасынын ылдамдыгы (BER) белги ылдамдыгына жараша; (c) 25% SD-FEC чегинен төмөн бит ката ылдамдыгы маанилери менен өлчөөлөр үчүн алынган колдонулуучу маалымат ылдамдыгы (AIR, сызык сызык) жана аны менен байланышкан таза маалымат ылдамдыгы (NDR, катуу сызык); (г) PAM2, PAM4, PAM8 модуляциясы боюнча көз карталары жана статистикалык гистограммалар.

Бул иш 110 ГГц 3 дБ өткөрүү жөндөмдүүлүгү менен биринчи жогорку ылдамдыктагы LTOI электро-оптикалык модуляторун көрсөтөт. Интенсивдүү модуляцияны түздөн-түз аныктоо IMDD өткөрүү эксперименттеринде, аппарат LNOI жана плазма модуляторлору сыяктуу учурдагы электро-оптикалык платформалардын эң жакшы көрсөткүчтөрү менен салыштырууга болот 405 Гбит/с бир ташуучу таза маалымат ылдамдыгына жетет. Келечекте дагы комплекстүү колдонууIQ модуляторуконструкциялар же сигнал катасын оңдоонун өнүккөн ыкмалары, же кварц субстраттары, литий танталат аппараттары сыяктуу төмөнкү микротолкун жоготуу субстраттарын колдонуу 2 Тбит/сек же андан жогору байланыш ылдамдыгына жетиши күтүлүүдө. LTOIнин спецификалык артыкчылыктары менен бирге, мисалы, башка RF чыпкасы рынокторунда кеңири колдонулушуна байланыштуу шкала эффектиси, литий танталат фотоникасы кийинки муундагы жогорку ылдамдыктагы оптикалык байланыш тармактары жана микротолкундуу фотоника системалары үчүн арзан баада, аз кубаттуулукта жана ультра жогорку ылдамдыкта чечимдерди камсыз кылат.