Modulador electro-óptico de alta velocidade de tantalato de litio (LTOI)

Tantalato de litio (LTOI) Alta velocidadeModulador electro-óptico

O tráfico global de datos segue crecendo, impulsado pola adopción xeneralizada de novas tecnoloxías como 5G e Intelixencia Artificial (AI), que supón retos importantes para os transceptores en todos os niveis de redes ópticas. En concreto, a tecnoloxía de moduladores electro-ópticos de próxima xeración require un aumento significativo das taxas de transferencia de datos a 200 GBPs nunha única canle ao tempo que reduce o consumo e os custos de enerxía. Nos últimos anos, a tecnoloxía de fotónica de silicio foi moi utilizada no mercado do transceptor óptico, debido principalmente a que a fotónica de silicio pode ser producida en masa mediante o proceso maduro CMOS. Non obstante, os moduladores electro-ópticos SOI que dependen da dispersión dos transportistas enfróntanse a grandes retos no ancho de banda, o consumo de enerxía, a absorción libre de transportistas e a modulación non linealidade. Outras rutas tecnolóxicas do sector inclúen INP, película fina de película niobate lnoi, polímeros electro-ópticos e outras solucións de integración heteroxéneas multi-plataforma. Considérase que LNOI é a solución que pode conseguir o mellor rendemento na velocidade ultra alta e a modulación de baixa potencia. Non obstante, actualmente ten algúns retos en termos de proceso de produción en masa e custo. Recentemente, o equipo lanzou unha plataforma fotónica integrada de Lithium Tantalate (LTOI) de películas finas con excelentes propiedades fotoeléctricas e fabricación a gran escala, que se espera que coincida ou incluso supere o rendemento de plataformas ópticas de niobato e silicio de litio en moitas aplicacións. Non obstante, ata agora, o dispositivo básico deComunicación óptica, o modulador electro-óptico de gran velocidade de alta velocidade, non se verificou en LTOI.

Neste estudo, os investigadores deseñaron por primeira vez o modulador Electro-óptico LTOI, cuxa estrutura se mostra na figura 1. A través do deseño da estrutura de cada capa de tantalato de litio no illante e os parámetros do electrodo de microondas, a velocidade de propagación de microondas e onda lixeira no in theModulador electro-ópticorealízase. En canto a reducir a perda do electrodo de microondas, os investigadores deste traballo propuxeron por primeira vez o uso de prata como material de electrodo con mellor condutividade, e o electrodo de prata reduciu a perda de microondas ao 82% en comparación co electrodo de ouro moi usado.

Fig. 1 LTOI Estrutura do modulador electro-óptico, deseño de correspondencia de fase, proba de perda de electrodos de microondas.

Fig. 2 mostra o aparello experimental e os resultados do modulador Electro-óptico LTOIintensidade moduladaDetección directa (IMDD) en sistemas de comunicación óptica. Os experimentos mostran que o modulador electro-óptico LTOI pode transmitir sinais PAM8 a un ritmo de sinal de 176 GBD cun BER medido de 3,8 × 10⁻² por baixo do limiar SD-FEC do 25%. Tanto para 200 GBD PAM4 como 208 GBD PAM2, BER foi significativamente inferior ao limiar do 15% SD-FEC e ao 7% HD-FEC. Os resultados da proba de ollos e histograma na figura 3 demostran visualmente que o modulador electro-óptico LTOI pode usarse en sistemas de comunicación de alta velocidade con alta linealidade e baixa taxa de erro de bits.

Fig. 2 Experimento usando Ltoi Electro-Optic Modulador paraIntensidade moduladaDetección directa (IMDD) no sistema de comunicación óptica (A) dispositivo experimental; (b) a taxa de erro de bit medida (BER) de sinais PAM8 (vermello), PAM4 (verde) e PAM2 (azul) en función da taxa de signo; (c) a taxa de información utilizable (aire, liña guionada) e a taxa de datos neta asociada (NDR, liña sólida) para medicións con valores de taxa de erro de bits por baixo do límite do 25% SD-FEC; (d) Mapas de ollos e histogramas estatísticos baixo PAM2, PAM4, Modulación PAM8.

Este traballo demostra o primeiro modulador Electro-óptico de alta velocidade cun ancho de banda de 3 dB de 110 GHz. En intensidade de modulación de detección directa Experimentos de transmisión IMDD, o dispositivo consegue unha taxa de datos neta de transportista único de 405 Gbit/s, que é comparable ao mellor rendemento das plataformas electro-ópticas existentes como os moduladores LNOI e plasma. No futuro, empregando máis complexoModulador IQOs deseños ou técnicas de corrección de erros de sinal máis avanzados ou empregando substratos de perda de microondas inferiores como substratos de cuarzo, espérase que os dispositivos tantales de litio acaden taxas de comunicación de 2 TBIT/s ou superiores. Combinado coas vantaxes específicas de LTOI, como a menor birefringencia e o efecto de escala debido á súa aplicación xeneralizada noutros mercados de filtros de RF, a tecnoloxía fotónica tantalada de litio proporcionará solucións de baixo custo, de baixa potencia e de alta potencia para sistemas de comunicación óptica de alta velocidade e microwave.