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

Tantalato de litio (LTOI) de alta velocidademodulador electro-óptico

O tráfico global de datos segue crecendo, impulsado pola adopción xeneralizada de novas tecnoloxías como 5G e intelixencia artificial (IA), que supón importantes retos para os transceptores en todos os niveis das redes ópticas. En concreto, a tecnoloxía de moduladores electro-ópticos de próxima xeración require un aumento significativo das taxas de transferencia de datos ata 200 Gbps nunha única canle ao tempo que reduce o consumo de enerxía e os custos. Nos últimos anos, a tecnoloxía fotónica de silicio utilizouse amplamente no mercado de transceptores ópticos, principalmente debido ao feito de que a fotónica de silicio pode producirse en masa mediante o proceso CMOS maduro. Non obstante, os moduladores electro-ópticos SOI que dependen da dispersión do portador enfróntanse a grandes desafíos en canto ao ancho de banda, o consumo de enerxía, a absorción libre do portador e a non linealidade da modulación. Outras rutas tecnolóxicas na industria inclúen InP, LNOI de niobato de litio de película fina, polímeros electro-ópticos e outras solucións de integración heteroxénea multiplataforma. Considérase que LNOI é a solución que pode acadar o mellor rendemento en modulación de velocidade ultra alta e 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 tantalato de litio de película fina (LTOI) con excelentes propiedades fotoeléctricas e fabricación a grande escala, que se espera que iguale ou mesmo supere o rendemento das plataformas ópticas de niobato de litio e silicio en moitas aplicacións. Con todo, ata agora, o dispositivo principal decomunicación óptica, o modulador electro-óptico de ultra alta velocidade, non foi verificado en LTOI.

Neste estudo, os investigadores deseñaron primeiro 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 sobre o illante e os parámetros do electrodo de microondas, a propagación correspondencia de velocidade de microondas e onda de luz nomodulador electro-ópticorealízase. En canto á redución da 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 demostrouse que o eléctrodo de prata reduce a perda de microondas ata o 82% en comparación co electrodo de ouro moi utilizado.

FIG. 1 estrutura de modulador electro-óptico LTOI, deseño de coincidencia de fases, proba de perda de electrodos de microondas.

FIG. 2 mostra o aparello experimentais e os resultados do modulador electro-óptico LTOI paraintensidade moduladadetección directa (IMDD) en sistemas de comunicación óptica. Os experimentos mostran que o modulador electro-óptico LTOI pode transmitir sinais PAM8 a unha taxa de signos de 176 GBd cun BER medido de 3,8 × 10⁻² por debaixo do limiar SD-FEC do 25%. Tanto para 200 GBd PAM4 como para 208 GBd PAM2, o BER foi significativamente inferior ao limiar do 15 % de SD-FEC e do 7 % de HD-FEC. Os resultados das probas de ollos e histogramas da 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 un modulador electro-óptico LTOI paraIntensidade moduladaDetección directa (IMDD) en sistema de comunicación óptica (a) dispositivo experimental; (b) A taxa de erro de bits medida (BER) dos sinais PAM8 (vermello), PAM4 (verde) e PAM2 (azul) en función da taxa de sinal; (c) Taxa de información utilizable extraída (AIR, liña discontinua) e taxa de datos neta asociada (NDR, liña continua) para medicións con valores de taxa de erro de bits inferiores ao límite SD-FEC do 25 %; (d) Mapas oculares e histogramas estatísticos baixo modulación PAM2, PAM4, PAM8.

Este traballo demostra o primeiro modulador electro-óptico LTOI de alta velocidade cun ancho de banda de 3 dB de 110 GHz. Nos experimentos de transmisión IMDD de detección directa de 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 electro-ópticas existentes, como LNOI e moduladores de plasma. No futuro, usando máis complexoModulador de coeficiente intelectualDeseños ou técnicas máis avanzadas de corrección de erros de sinal, ou utilizando substratos con menor perda de microondas, como substratos de cuarzo, espérase que os dispositivos de tantalato de litio acaden velocidades de comunicación de 2 Tbit/s ou máis. Combinada coas vantaxes específicas de LTOI, como a menor birrefringencia e o efecto de escala debido á súa aplicación xeneralizada noutros mercados de filtros de RF, a tecnoloxía fotónica de tantalato de litio proporcionará solucións de baixo custo, de baixa potencia e de ultra-alta velocidade para a próxima xeración. -redes de comunicación óptica de velocidade e sistemas fotónicos de microondas.