Литий танталаты (LTOI) жоғары жылдамдықты электрооптикалық модулятор

Литий танталаты (LTOI) жоғары жылдамдықтыэлектрооптикалық модулятор

Әлемдік деректер трафигі өсуді жалғастыруда, бұл 5G және жасанды интеллект (ЖИ) сияқты жаңа технологиялардың кеңінен қолданылуына байланысты, бұл оптикалық желілердің барлық деңгейлеріндегі қабылдағыш-таратқыштар үшін айтарлықтай қиындықтар туғызады. Атап айтқанда, келесі буын электро-оптикалық модулятор технологиясы энергия тұтынуы мен шығындарды азайта отырып, деректерді бір арнада 200 Гбит/с дейін айтарлықтай арттыруды талап етеді. Соңғы бірнеше жылда кремний фотоника технологиясы оптикалық қабылдағыш-таратқыштар нарығында кеңінен қолданылып келеді, бұл негізінен кремний фотоникаларын жетілген CMOS процесін пайдаланып жаппай өндіруге болатындығына байланысты. Дегенмен, тасымалдаушы дисперсиясына негізделген SOI электро-оптикалық модуляторлары өткізу қабілеттілігі, қуат тұтыну, еркін тасымалдаушы сіңіру және модуляцияның сызықтық еместігі бойынша үлкен қиындықтарға тап болады. Саладағы басқа технологиялық бағыттарға InP, жұқа қабықшалы литий ниобаты LNOI, электро-оптикалық полимерлер және басқа да көп платформалы гетерогенді интеграциялық шешімдер жатады. LNOI өте жоғары жылдамдықты және төмен қуатты модуляцияда ең жақсы өнімділікке қол жеткізе алатын шешім болып саналады, дегенмен қазіргі уақытта жаппай өндіріс процесі мен құны тұрғысынан кейбір қиындықтарға тап болуда. Жақында команда тамаша фотоэлектрлік қасиеттері мен кең көлемді өндірісі бар жұқа қабықшалы литий танталатын (LTOI) біріктірілген фотондық платформаны іске қосты, ол көптеген қолданбаларда литий ниобаты мен кремний оптикалық платформаларының өнімділігіне тең немесе тіпті одан да асып түседі деп күтілуде. Дегенмен, осы уақытқа дейін негізгі құрылғыоптикалық байланыс, өте жоғары жылдамдықты электро-оптикалық модулятор, LTOI-де тексерілмеген.

Бұл зерттеуде зерттеушілер алғаш рет LTOI электро-оптикалық модуляторын жасады, оның құрылымы 1-суретте көрсетілген. Оқшаулағыштағы литий танталатының әрбір қабатының құрылымын және микротолқынды электродтың параметрлерін жобалау арқылы микротолқынды және жарық толқындарының таралу жылдамдығының сәйкестігі анықталды.электрооптикалық модуляторжүзеге асырылады. Микротолқынды электродтың жоғалуын азайту тұрғысынан, осы жұмыстағы зерттеушілер алғаш рет күмісті жақсы өткізгіштігі бар электрод материалы ретінде пайдалануды ұсынды, ал күміс электроды кеңінен қолданылатын алтын электродпен салыстырғанда микротолқынды шығынды 82%-ға дейін төмендететіні көрсетілді.

1-СУРЕТ. LTOI электро-оптикалық модуляторының құрылымы, фазаны сәйкестендіру дизайны, микротолқынды электродтың жоғалуын сынау.

2-суретте LTOI электрооптикалық модуляторының тәжірибелік аппараты мен нәтижелері көрсетілген.қарқындылық модуляциясыоптикалық байланыс жүйелеріндегі тікелей анықтау (IMDD). Тәжірибелер LTOI электро-оптикалық модуляторы PAM8 сигналдарын 176 ГБд сигнал жылдамдығымен, өлшенген BER мәні 25% SD-FEC шегінен 3,8 × 10⁻² төмен 25% SD-FEC шегінен төмен болғанда жібере алатынын көрсетеді. 200 ГБд PAM4 және 208 ГБд PAM2 үшін BER мәні 15% SD-FEC және 7% HD-FEC шегінен айтарлықтай төмен болды. 3-суреттегі көз және гистограмма сынағының нәтижелері LTOI электро-оптикалық модуляторын жоғары сызықтық және төмен бит қателіктері бар жоғары жылдамдықты байланыс жүйелерінде қолдануға болатынын көрнекі түрде көрсетеді.

2-СУРЕТ. LTOI электрооптикалық модуляторын қолдану арқылы жасалған тәжірибеҚарқындылық модуляцияланғанОптикалық байланыс жүйесіндегі тікелей анықтау (IMDD) (a) эксперименттік құрылғы; (b) PAM8 (қызыл), PAM4 (жасыл) және PAM2 (көк) сигналдарының өлшенген бит қателіктерінің жылдамдығы (BER) белгі жылдамдығының функциясы ретінде; (c) 25% SD-FEC шегінен төмен бит қателіктерінің жылдамдығы мәндері бар өлшеулер үшін алынған пайдалануға болатын ақпарат жылдамдығы (AIR, үзік сызық) және онымен байланысты таза деректер жылдамдығы (NDR, тұтас сызық); (d) PAM2, PAM4, PAM8 модуляциясы бойынша көз карталары және статистикалық гистограммалар.

Бұл жұмыста 110 ГГц 3 дБ өткізу қабілеттілігі бар алғашқы жоғары жылдамдықты LTOI электрооптикалық модуляторы көрсетілген. Қарқынды модуляцияны тікелей анықтау IMDD беру эксперименттерінде құрылғы 405 Гбит/с бір тасымалдаушының таза деректер жылдамдығына қол жеткізеді, бұл LNOI және плазмалық модуляторлар сияқты қолданыстағы электрооптикалық платформалардың ең жақсы өнімділігімен салыстыруға болады. Болашақта күрделірекIQ модуляторыконструкциялар немесе сигнал қателерін түзетудің озық әдістері немесе кварц субстраттары сияқты микротолқынды шығынды төмен субстраттарды пайдалану арқылы литий танталат құрылғылары 2 Тбит/с немесе одан жоғары байланыс жылдамдығына қол жеткізеді деп күтілуде. LTOI-дің басқа радиожиілік сүзгі нарықтарында кеңінен қолданылуына байланысты төменгі қос сыну және масштаб әсері сияқты ерекше артықшылықтарымен бірге литий танталат фотоникасы технологиясы келесі буын жоғары жылдамдықты оптикалық байланыс желілері мен микротолқынды фотоника жүйелері үшін арзан, төмен қуатты және ультра жоғары жылдамдықты шешімдерді ұсынады.