Lityum tantalat (LTOI) yuqori tezlikdagi elektro-optik modulyator

Lityum tantalat (LTOI) yuqori tezlikdaelektro-optik modulyator

Global ma'lumotlar trafigi o'sishda davom etmoqda, bu 5G va sun'iy intellekt (AI) kabi yangi texnologiyalarning keng qo'llanilishi bilan bog'liq bo'lib, bu optik tarmoqlarning barcha darajalaridagi transversiyalar uchun jiddiy muammolar tug'diradi. Xususan, keyingi avlod elektro-optik modulyator texnologiyasi energiya sarfi va xarajatlarni kamaytirish bilan birga bitta kanalda ma'lumotlar uzatish tezligini 200 Gbit/s gacha sezilarli darajada oshirishni talab qiladi. So'nggi bir necha yil ichida kremniy fotonika texnologiyasi optik transversiya bozorida keng qo'llanilmoqda, asosan kremniy fotonikasini etuk CMOS jarayoni yordamida ommaviy ishlab chiqarish mumkinligi sababli. Biroq, tashuvchi dispersiyasiga tayanadigan SOI elektro-optik modulyatorlari o'tkazish qobiliyati, energiya sarfi, erkin tashuvchini yutish va modulyatsiyaning chiziqli bo'lmaganligi kabi katta qiyinchiliklarga duch kelmoqda. Sanoatdagi boshqa texnologiya yo'nalishlariga InP, yupqa plyonkali lityum niobati LNOI, elektro-optik polimerlar va boshqa ko'p platformali heterojen integratsiya yechimlari kiradi. LNOI ultra yuqori tezlikda va past quvvatli modulyatsiyada eng yaxshi ko'rsatkichlarga erisha oladigan yechim hisoblanadi, ammo hozirda u ommaviy ishlab chiqarish jarayoni va narxi jihatidan ba'zi qiyinchiliklarga duch kelmoqda. Yaqinda jamoa a'lo fotoelektrik xususiyatlarga va keng ko'lamli ishlab chiqarishga ega bo'lgan yupqa plyonkali lityum tantalat (LTOI) integratsiyalashgan fotonik platformani ishga tushirdi, bu ko'plab dasturlarda lityum niobat va kremniy optik platformalarining ishlashiga teng kelishi yoki hatto undan ham oshib ketishi kutilmoqda. Biroq, hozirgacha asosiy qurilmaoptik aloqa, ultra yuqori tezlikdagi elektro-optik modulyator, LTOI tomonidan tasdiqlanmagan.

Ushbu tadqiqotda tadqiqotchilar birinchi bo'lib LTOI elektro-optik modulyatorini loyihalashdi, uning tuzilishi 1-rasmda ko'rsatilgan. Izolyatordagi har bir lityum tantalat qatlamining tuzilishini va mikroto'lqinli elektrod parametrlarini loyihalash orqali mikroto'lqinli va yorug'lik to'lqinlarining tarqalish tezligi moslashtirildi.elektro-optik modulyatorMikroto'lqinli elektrod yo'qotilishini kamaytirish nuqtai nazaridan, ushbu ishda tadqiqotchilar birinchi marta kumushdan yaxshiroq o'tkazuvchanlikka ega elektrod materiali sifatida foydalanishni taklif qilishdi va kumush elektrod keng qo'llaniladigan oltin elektrodga nisbatan mikroto'lqinli yo'qotishni 82% gacha kamaytirishi ko'rsatildi.

1-rasm. LTOI elektro-optik modulyatorining tuzilishi, fazalarni moslashtirish dizayni, mikroto'lqinli elektrod yo'qotish sinovi.

2-rasmda LTOI elektro-optik modulyatorining eksperimental apparati va natijalari ko'rsatilgan.intensivlik modulyatsiyalanganoptik aloqa tizimlarida to'g'ridan-to'g'ri aniqlash (IMDD). Tajribalar shuni ko'rsatadiki, LTOI elektro-optik modulyatori PAM8 signallarini 176 GBd signal tezligida, 25% SD-FEC chegarasidan 3,8 × 10⁻² past o'lchangan BER bilan uzatishi mumkin. 200 GBd PAM4 va 208 GBd PAM2 uchun BER 15% SD-FEC va 7% HD-FEC chegarasidan sezilarli darajada past edi. 3-rasmdagi ko'z va gistogramma sinov natijalari LTOI elektro-optik modulyatoridan yuqori chiziqlilik va past bit xato darajasiga ega yuqori tezlikdagi aloqa tizimlarida foydalanish mumkinligini vizual ravishda ko'rsatadi.

2-rasm. LTOI elektro-optik modulyatoridan foydalangan holda tajribaIntensivlik modulyatsiya qilinganOptik aloqa tizimida to'g'ridan-to'g'ri aniqlash (IMDD) (a) eksperimental qurilma; (b) PAM8 (qizil), PAM4 (yashil) va PAM2 (ko'k) signallarining o'lchangan bit xato darajasi (BER) signal tezligiga bog'liq; (c) 25% SD-FEC chegarasidan past bit xato darajasi qiymatlari bilan o'lchovlar uchun ajratib olingan foydalanish mumkin bo'lgan ma'lumot tezligi (AIR, punktir chiziq) va unga bog'liq sof ma'lumotlar tezligi (NDR, qattiq chiziq); (d) PAM2, PAM4, PAM8 modulyatsiyasi ostida ko'z xaritalari va statistik gistogrammalar.

Ushbu ish 110 gigagertsli 3 dB o'tkazish qobiliyatiga ega birinchi yuqori tezlikdagi LTOI elektro-optik modulyatorini namoyish etadi. Intensivlik modulyatsiyasini to'g'ridan-to'g'ri aniqlash IMDD uzatish tajribalarida qurilma bitta tashuvchining ma'lumotlar uzatish tezligini 405 Gbit/s ga yetkazadi, bu esa LNOI va plazma modulyatorlari kabi mavjud elektro-optik platformalarning eng yaxshi ishlashiga teng. Kelajakda yanada murakkabroq usullardan foydalanishIQ modulyatoridizaynlar yoki ilg'or signal xatolarini tuzatish texnikalari yoki kvarts substratlari kabi pastroq mikroto'lqinli yo'qotish substratlaridan foydalangan holda, lityum tantalat qurilmalari 2 Tbit/s yoki undan yuqori aloqa tezligiga erishishi kutilmoqda. LTOI ning boshqa RF filtr bozorlarida keng qo'llanilishi tufayli pastroq ikki tomonlama sindirish va masshtab effekti kabi o'ziga xos afzalliklari bilan birgalikda lityum tantalat fotonika texnologiyasi keyingi avlod yuqori tezlikdagi optik aloqa tarmoqlari va mikroto'lqinli fotonika tizimlari uchun arzon, kam quvvatli va ultra yuqori tezlikdagi yechimlarni taqdim etadi.