Modulatur elettro-ottiku ta' veloċità għolja tat-tantalat tal-litju (LTOI)

Tantalat tal-litju (LTOI) b'veloċità għoljamodulatur elettro-ottiku

It-traffiku globali tad-dejta qed ikompli jikber, immexxi mill-adozzjoni mifruxa ta' teknoloġiji ġodda bħall-5G u l-intelliġenza artifiċjali (AI), li toħloq sfidi sinifikanti għat-transceivers fil-livelli kollha tan-netwerks ottiċi. Speċifikament, it-teknoloġija tal-modulatur elettro-ottiku tal-ġenerazzjoni li jmiss teħtieġ żieda sinifikanti fir-rati tat-trasferiment tad-dejta għal 200 Gbps f'kanal wieħed filwaqt li tnaqqas il-konsum tal-enerġija u l-ispejjeż. Fl-aħħar ftit snin, it-teknoloġija tal-fotonika tas-silikon intużat ħafna fis-suq tat-transceivers ottiku, prinċipalment minħabba l-fatt li l-fotonika tas-silikon tista' tiġi prodotta bil-massa bl-użu tal-proċess CMOS matur. Madankollu, il-modulaturi elettro-ottiċi SOI li jiddependu fuq it-tixrid tat-trasportatur jiffaċċjaw sfidi kbar fil-bandwidth, il-konsum tal-enerġija, l-assorbiment tat-trasportatur ħieles u n-nonlinearità tal-modulazzjoni. Rotot teknoloġiċi oħra fl-industrija jinkludu InP, LNOI b'film irqiq tan-nijobat tal-litju, polimeri elettro-ottiċi, u soluzzjonijiet oħra ta' integrazzjoni eteroġenja b'ħafna pjattaformi. LNOI hija kkunsidrata bħala s-soluzzjoni li tista' tikseb l-aħjar prestazzjoni f'modulazzjoni b'veloċità ultra-għolja u enerġija baxxa, madankollu, bħalissa għandha xi sfidi f'termini ta' proċess ta' produzzjoni tal-massa u spiża. Riċentement, it-tim nieda pjattaforma fotonika integrata ta' tantalat tal-litju b'film irqiq (LTOI) bi proprjetajiet fotoelettriċi eċċellenti u manifattura fuq skala kbira, li hija mistennija li tlaħħaq jew saħansitra taqbeż il-prestazzjoni tal-pjattaformi ottiċi tan-nijobat tal-litju u tas-silikon f'ħafna applikazzjonijiet. Madankollu, s'issa, l-apparat ewlieni ta'komunikazzjoni ottika, il-modulatur elettro-ottiku b'veloċità ultra-għolja, ma ġiex verifikat fl-LTOI.

F'dan l-istudju, ir-riċerkaturi l-ewwel iddisinjaw il-modulatur elettro-ottiku LTOI, li l-istruttura tiegħu hija murija fil-Figura 1. Permezz tad-disinn tal-istruttura ta' kull saff ta' tantalat tal-litju fuq l-iżolatur u l-parametri tal-elettrodu tal-microwave, it-tqabbil tal-veloċità tal-propagazzjoni tal-microwave u l-mewġa tad-dawl fil-modulatur elettro-ottikuhuwa realizzat. F'termini ta' tnaqqis fit-telf tal-elettrodu tal-microwave, ir-riċerkaturi f'dan ix-xogħol għall-ewwel darba pproponew l-użu tal-fidda bħala materjal tal-elettrodu b'konduttività aħjar, u l-elettrodu tal-fidda ntwera li jnaqqas it-telf tal-microwave għal 82% meta mqabbel mal-elettrodu tad-deheb użat ħafna.

FIG. 1 Struttura tal-modulatur elettro-ottiku LTOI, disinn ta' tqabbil tal-fażi, test tat-telf tal-elettrodu tal-microwave.

FIG. 2 turi l-apparat sperimentali u r-riżultati tal-modulatur elettro-ottiku LTOI għalintensità modulataSejbien dirett (IMDD) f'sistemi ta' komunikazzjoni ottika. L-esperimenti juru li l-modulatur elettro-ottiku LTOI jista' jittrażmetti sinjali PAM8 b'rata ta' sinjali ta' 176 GBd b'BER imkejjel ta' 3.8×10⁻² taħt il-limitu ta' 25% SD-FEC. Kemm għal PAM4 ta' 200 GBd kif ukoll għal PAM2 ta' 208 GBd, il-BER kien sinifikament aktar baxx mil-limitu ta' 15% SD-FEC u 7% HD-FEC. Ir-riżultati tat-test tal-għajn u tal-istogramma fil-Figura 3 juru viżwalment li l-modulatur elettro-ottiku LTOI jista' jintuża f'sistemi ta' komunikazzjoni b'veloċità għolja b'linearità għolja u rata baxxa ta' żball fil-bits.

FIG. 2 Esperiment bl-użu ta' modulatur elettro-ottiku LTOI għalIntensità modulataSejbien Dirett (IMDD) f'sistema ta' komunikazzjoni ottika (a) apparat sperimentali; (b) Ir-rata ta' żball fil-bits (BER) imkejla tas-sinjali PAM8 (aħmar), PAM4 (aħdar) u PAM2 (blu) bħala funzjoni tar-rata tas-sinjali; (c) Ir-rata ta' informazzjoni użabbli estratta (AIR, linja mqattgħa) u r-rata netta tad-dejta assoċjata (NDR, linja solida) għal kejl b'valuri tar-rata ta' żball fil-bits taħt il-limitu ta' 25% SD-FEC; (d) Mapep tal-għajnejn u istogrammi statistiċi taħt modulazzjoni PAM2, PAM4, PAM8.

Dan ix-xogħol juri l-ewwel modulatur elettro-ottiku LTOI ta' veloċità għolja b'bandwidth ta' 3 dB ta' 110 GHz. F'esperimenti ta' trasmissjoni IMDD b'detezzjoni diretta ta' modulazzjoni ta' intensità, l-apparat jikseb rata netta ta' dejta ta' trasportatur wieħed ta' 405 Gbit/s, li hija komparabbli mal-aqwa prestazzjoni ta' pjattaformi elettro-ottiċi eżistenti bħal LNOI u modulaturi tal-plażma. Fil-futur, l-użu ta' modulaturi aktar kumplessiModulatur tal-IQdisinji jew tekniki aktar avvanzati ta' korrezzjoni ta' żbalji fis-sinjali, jew bl-użu ta' sottostrati b'telf ta' microwave aktar baxx bħal sottostrati tal-kwarz, apparati tat-tantalat tal-litju huma mistennija li jiksbu rati ta' komunikazzjoni ta' 2 Tbit/s jew ogħla. Flimkien mal-vantaġġi speċifiċi tal-LTOI, bħal birefringenza aktar baxxa u l-effett tal-iskala minħabba l-applikazzjoni mifruxa tagħha fi swieq oħra tal-filtri RF, it-teknoloġija fotonika tat-tantalat tal-litju se tipprovdi soluzzjonijiet bi prezz baxx, b'konsum baxx ta' enerġija u b'veloċità ultra-għolja għal netwerks ta' komunikazzjoni ottika b'veloċità għolja tal-ġenerazzjoni li jmiss u sistemi fotoniċi tal-microwave.