Modulador electroóptico de alta velocidade de tantalato de litio (LTOI)

tantalato de litio (LTOI) de alta velocidademodulador electroóptico

O tráfico de datos global continúa a medrar, impulsado pola adopción xeneralizada de novas tecnoloxías como o 5G e a intelixencia artificial (IA), o que supón importantes desafíos para os transceptores en todos os niveis das redes ópticas. En concreto, a tecnoloxía de modulador electroóptico de próxima xeración require un aumento significativo nas taxas de transferencia de datos a 200 Gbps nun só canal, á vez que se reduce o consumo de enerxía e os custos. Nos últimos anos, a tecnoloxía fotónica de silicio utilizouse amplamente no mercado dos transceptores ópticos, principalmente debido ao feito de que a fotónica de silicio pódese producir en masa mediante o proceso CMOS maduro. Non obstante, os moduladores electroópticos SOI que dependen da dispersión de portadoras enfróntanse a grandes desafíos en canto a ancho de banda, consumo de enerxía, absorción de portadoras libres e non linealidade da modulación. Outras vías tecnolóxicas na industria inclúen InP, LNOI de niobato de litio de película fina, polímeros electroópticos e outras solucións de integración heteroxéneas multiplataforma. O LNOI considérase a solución que pode acadar o mellor rendemento en modulación de velocidade ultra alta e baixa potencia; con todo, actualmente presenta algúns desafíos en termos de proceso de produción en masa e custo. Recentemente, o equipo lanzou unha plataforma fotónica integrada de tantalato de litio de película fina (LTOI) con excelentes propiedades fotoeléctricas e fabricación a grande escala, que se espera que iguale ou incluso supere o rendemento das plataformas ópticas de niobato de litio e silicio en moitas aplicacións. Non obstante, ata agora, o dispositivo central decomunicación óptica, o modulador electroóptico de velocidade ultraalta, non foi verificado en LTOI.

Neste estudo, os investigadores deseñaron primeiro o modulador electroóptico LTOI, cuxa estrutura se mostra na Figura 1. Mediante o deseño da estrutura de cada capa de tantalato de litio no illante e os parámetros do eléctrodo de microondas, a adaptación da velocidade de propagación das microondas e as ondas de luz nomodulador electroópticorealízase. En termos de redución da perda do eléctrodo de microondas, os investigadores deste traballo propuxeron por primeira vez o uso de prata como material de eléctrodo con mellor condutividade, e demostrouse que o eléctrodo de prata reduce a perda de microondas ata o 82 % en comparación co eléctrodo de ouro, amplamente utilizado.

FIG. 1 Estrutura do modulador electroóptico LTOI, deseño de adaptación de fase, proba de perda de eléctrodos de microondas.

A FIG. 2 mostra o aparello experimental e os resultados do modulador electroóptico LTOI paraintensidade moduladadetección directa (IMDD) en sistemas de comunicación óptica. Os experimentos mostran que o modulador electroóptico LTOI pode transmitir sinais PAM8 a unha taxa de signo de 176 GBd cunha BER medida de 3,8 × 10⁻² por debaixo do limiar do 25 % de SD-FEC. Tanto para o PAM4 de 200 GBd como para o PAM2 de 208 GBd, a BER foi significativamente inferior ao limiar do 15 % de SD-FEC e do 7 % de HD-FEC. Os resultados das probas oculares e do histograma na Figura 3 demostran visualmente que o modulador electroóptico LTOI pódese usar en sistemas de comunicación de alta velocidade con alta linealidade e baixa taxa de erro de bits.

FIG. 2 Experimento usando un modulador electroóptico LTOI paraIntensidade moduladaDetección directa (IMDD) en sistema de comunicación óptica (a) dispositivo experimental; (b) A taxa de erro de bit (BER) medida dos sinais PAM8 (vermello), PAM4 (verde) e PAM2 (azul) en función da taxa de signo; (c) Taxa de información utilizable extraída (AIR, liña descontinua) e taxa de datos neta asociada (NDR, liña continua) para medicións con valores de taxa de erro de bit por debaixo do límite de SD-FEC do 25 %; (d) Mapas oculares e histogramas estatísticos baixo modulación PAM2, PAM4 e PAM8.

Este traballo demostra o primeiro modulador electroóptico LTOI de alta velocidade cun ancho de banda de 3 dB a 110 GHz. Nos experimentos de transmisión IMDD por detección directa con modulación de intensidade, o dispositivo consegue unha taxa de datos neta de portadora única de 405 Gbit/s, que é comparable ao mellor rendemento das plataformas electroópticas existentes, como os moduladores LNOI e de plasma. No futuro, o uso de máis complexos...Modulador de coeficiente intelectualdeseños ou técnicas de corrección de erros de sinal máis avanzadas, ou empregando substratos con menor perda de microondas, como substratos de cuarzo, espérase que os dispositivos de tantalato de litio alcancen taxas de comunicación de 2 Tbit/s ou superiores. En combinación coas vantaxes específicas do LTOI, como a menor birrefrinxencia e o efecto de escala debido á súa ampla aplicación noutros mercados de filtros de RF, a tecnoloxía fotónica de tantalato de litio proporcionará solucións de baixo custo, baixa potencia e ultraalta velocidade para redes de comunicación óptica de alta velocidade de próxima xeración e sistemas fotónicos de microondas.