Tantalato de lítio (LTOI) Modulador eletro-óptico de alta velocidade

Tantalato de lítio (LTOI) Alta velocidademodulador eletro-óptico

O tráfego global de dados continua a crescer, impulsionado pela ampla adoção de novas tecnologias, como 5G e inteligência artificial (AI), que apresenta desafios significativos para os transceptores em todos os níveis de redes ópticas. Especificamente, a próxima geração da tecnologia do modulador eletro-óptico requer um aumento significativo nas taxas de transferência de dados para 200 Gbps em um único canal, reduzindo o consumo e os custos de energia. Nos últimos anos, a tecnologia Silicon Photonics tem sido amplamente utilizada no mercado de transceptoras ópticas, principalmente devido ao fato de que a fotônica de silício pode ser produzida em massa usando o processo maduro do CMOS. No entanto, os moduladores eletro-ópticos SOI que dependem da dispersão da transportadora enfrentam grandes desafios na largura de banda, consumo de energia, absorção livre de transportadoras e não linearidade da modulação. Outras rotas tecnológicas da indústria incluem INP, lítio fino de lítio LNOI, polímeros eletro-ópticos e outras soluções de integração heterogêneas de várias plataformas. O LNOI é considerado a solução que pode alcançar o melhor desempenho em velocidade ultra-alta e baixa modulação de potência, no entanto, atualmente tem alguns desafios em termos de processo de produção e custo de produção em massa. Recentemente, a equipe lançou uma plataforma fotônica integrada de lítio fino (LTOI) com excelentes propriedades fotoelétricas e fabricação em larga escala, que deve corresponder ou até mesmo exceder o desempenho das plataformas ópticas de niobato de lítio e silício em muitas aplicações. No entanto, até agora, o principal dispositivo decomunicação óptica, o modulador eletro-óptico de velocidade ultra-alta, não foi verificado em LTOI.

Neste estudo, os pesquisadores projetaram primeiro o modulador eletro-óptico LTOI, cuja estrutura é mostrada na Figura 1. Através do projeto da estrutura de cada camada de tantalato de lítio no isolador e os parâmetros do eletrodo de microondas, a velocidade de propagação correspondência de microondas e onda de luz nomodulador eletro-ópticoé realizado. Em termos de redução da perda do eletrodo de microondas, os pesquisadores deste trabalho pela primeira vez propuseram o uso de prata como material de eletrodo com melhor condutividade, e o eletrodo de prata foi mostrado para reduzir a perda de microondas para 82% em comparação com o eletrodo de ouro amplamente utilizado.

FIGO. 1 Estrutura do modulador eletro-óptico LTOI, projeto de correspondência de fase, teste de perda de eletrodo de microondas.

FIGO. 2 mostra o aparelho experimental e os resultados do modulador eletro-óptico LTOI paraintensidade moduladaDetecção direta (IMDD) em sistemas de comunicação óptica. Os experimentos mostram que o modulador eletro-óptico LTOI pode transmitir sinais PAM8 a uma taxa de sinal de 176 GBD com um BER medido de 3,8 × 10⁻² abaixo do limite de 25% SD-FEC. Para 200 GBD PAM4 e 208 GBD PAM2, o BER foi significativamente menor que o limiar de 15% SD-FEC e 7% HD-FEC. O teste de olho e histograma resulta na Figura 3 demonstram visualmente que o modulador eletro-óptico LTOI pode ser usado em sistemas de comunicação de alta velocidade com alta linearidade e baixa taxa de erro de bits.

FIGO. 2 experimento usando o modulador eletro-óptico LTOI paraIntensidade moduladaDetecção direta (IMDD) no sistema de comunicação óptica (a) dispositivo experimental; (b) a taxa de erro de bit medida (BER) dos sinais PAM8 (RED), PAM4 (verde) e PAM2 (azul) em função da taxa de sinal; (c) taxa de informação utilizável extraída (ar, linha tracejada) e taxa de dados líquidos associados (NDR, linha sólida) para medições com valores de taxa de erro de bits abaixo do limite de 25% SD-FEC; (d) Mapas oculares e histogramas estatísticos sob modulação PAM2, PAM4, PAM8.

Este trabalho demonstra o primeiro modulador eletro-óptico LTOI de alta velocidade com uma largura de banda de 3 dB de 110 GHz. Na modulação de intensidade, detecção direta de Exdimências de transmissão IMDD, o dispositivo atinge uma taxa de dados líquidos de 405 gbit/s, que é comparável ao melhor desempenho das plataformas eletro-ópticas existentes, como os moduladores de LNOI e plasma. No futuro, usando mais complexoModulador de QIProjetos ou técnicas de correção de erro de sinal mais avançado, ou usando substratos de perda de microondas mais baixos, como substratos de quartzo, os dispositivos de tantalato de lítio devem atingir taxas de comunicação de 2 tbit/s ou mais. Combinados com as vantagens específicas da LTOI, como menor birrefringência e o efeito da escala devido à sua aplicação generalizada em outros mercados de filtros de RF, a tecnologia de fotônicas de tantalato de lítio fornecerá soluções de baixo custo, baixo custo e soluções fotográficas de alta velocidade.