Τανταλικό λίθιο (LTOI) υψηλής ταχύτηταςηλεκτροοπτικός διαμορφωτής
Η παγκόσμια κυκλοφορία δεδομένων συνεχίζει να αυξάνεται, λόγω της ευρείας υιοθέτησης νέων τεχνολογιών όπως το 5G και η τεχνητή νοημοσύνη (AI), που θέτει σημαντικές προκλήσεις για τους πομποδέκτες σε όλα τα επίπεδα των οπτικών δικτύων. Συγκεκριμένα, η τεχνολογία ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών επόμενης γενιάς απαιτεί σημαντική αύξηση των ρυθμών μεταφοράς δεδομένων στα 200 Gbps σε ένα μόνο κανάλι, ενώ παράλληλα μειώνει την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος. Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία φωτονικής πυριτίου έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αγορά των οπτικών πομποδεκτών, κυρίως λόγω του γεγονότος ότι η φωτονική πυριτίου μπορεί να παραχθεί μαζικά χρησιμοποιώντας την ώριμη διαδικασία CMOS. Ωστόσο, οι ηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές SOI που βασίζονται στη διασπορά φορέα αντιμετωπίζουν μεγάλες προκλήσεις ως προς το εύρος ζώνης, την κατανάλωση ενέργειας, την ελεύθερη απορρόφηση φορέα και τη μη γραμμικότητα διαμόρφωσης. Άλλες τεχνολογικές διαδρομές στη βιομηχανία περιλαμβάνουν το InP, το νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης LNOI, τα ηλεκτρο-οπτικά πολυμερή και άλλες ετερογενείς λύσεις ολοκλήρωσης πολλαπλών πλατφορμών. Το LNOI θεωρείται η λύση που μπορεί να επιτύχει την καλύτερη απόδοση σε διαμόρφωση εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ισχύος, ωστόσο, αυτή τη στιγμή έχει κάποιες προκλήσεις όσον αφορά τη διαδικασία μαζικής παραγωγής και το κόστος. Πρόσφατα, η ομάδα λάνσαρε μια ολοκληρωμένη φωτονική πλατφόρμα τανταλικού λιθίου λεπτής μεμβράνης (LTOI) με εξαιρετικές φωτοηλεκτρικές ιδιότητες και μεγάλης κλίμακας κατασκευή, η οποία αναμένεται να ταιριάζει ή και να υπερβαίνει τις επιδόσεις του νιοβικού λιθίου και των οπτικών πλατφορμών πυριτίου σε πολλές εφαρμογές. Ωστόσο, μέχρι τώρα, η βασική συσκευή τουοπτική επικοινωνία, ο ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας, δεν έχει επαληθευτεί στο LTOI.
Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές σχεδίασαν αρχικά τον ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή LTOI, η δομή του οποίου φαίνεται στο Σχήμα 1. Μέσω του σχεδιασμού της δομής κάθε στρώματος τανταλικού λιθίου στον μονωτή και των παραμέτρων του ηλεκτροδίου μικροκυμάτων, η διάδοση Ταίριασμα ταχύτητας μικροκυμάτων και κύματος φωτός στοηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτήςπραγματοποιείται. Όσον αφορά τη μείωση της απώλειας του ηλεκτροδίου μικροκυμάτων, οι ερευνητές σε αυτήν την εργασία πρότειναν για πρώτη φορά τη χρήση του αργύρου ως υλικού ηλεκτροδίου με καλύτερη αγωγιμότητα και το ηλεκτρόδιο αργύρου αποδείχθηκε ότι μειώνει την απώλεια μικροκυμάτων στο 82% σε σύγκριση με το ευρέως χρησιμοποιούμενο ηλεκτρόδιο χρυσού.
ΣΥΚΟ. 1 Δομή ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή LTOI, σχεδιασμός αντιστοίχισης φάσης, δοκιμή απώλειας ηλεκτροδίων μικροκυμάτων.
ΣΥΚΟ. 2 δείχνει την πειραματική συσκευή και τα αποτελέσματα του ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή LTOI γιαδιαμορφωμένη έντασηάμεση ανίχνευση (IMDD) σε συστήματα οπτικών επικοινωνιών. Τα πειράματα δείχνουν ότι ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής LTOI μπορεί να μεταδώσει σήματα PAM8 με ρυθμό πρόσημου 176 GBd με μετρημένο BER 3,8×10-2 κάτω από το όριο SD-FEC 25%. Και για τα 200 GBd PAM4 και για τα 208 GBd PAM2, το BER ήταν σημαντικά χαμηλότερο από το όριο του 15% SD-FEC και του 7% HD-FEC. Τα αποτελέσματα της δοκιμής ματιού και ιστογράμματος στο Σχήμα 3 δείχνουν οπτικά ότι ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής LTOI μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας με υψηλή γραμμικότητα και χαμηλό ποσοστό σφάλματος bit.
ΣΥΚΟ. 2 Πειραματιστείτε χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή LTOI γιαΡυθμισμένη έντασηΆμεση ανίχνευση (IMDD) σε σύστημα οπτικών επικοινωνιών (α) πειραματική συσκευή. (β) Το μετρούμενο ποσοστό σφάλματος bit (BER) των σημάτων PAM8 (κόκκινο), PAM4 (πράσινο) και PAM2 (μπλε) ως συνάρτηση του ρυθμού πρόσημου. (γ) Εξαγόμενος ρυθμός χρήσης πληροφοριών (AIR, διακεκομμένη γραμμή) και σχετικός καθαρός ρυθμός δεδομένων (NDR, συμπαγής γραμμή) για μετρήσεις με τιμές ρυθμού σφάλματος bit κάτω από το όριο SD-FEC 25%. (δ) Οφθαλμικοί χάρτες και στατιστικά ιστογράμματα υπό διαμόρφωση PAM2, PAM4, PAM8.
Αυτή η εργασία παρουσιάζει τον πρώτο ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή LTOI υψηλής ταχύτητας με εύρος ζώνης 3 dB 110 GHz. Σε πειράματα μετάδοσης IMDD με άμεση ανίχνευση διαμόρφωσης έντασης, η συσκευή επιτυγχάνει καθαρό ρυθμό δεδομένων ενός φορέα 405 Gbit/s, ο οποίος είναι συγκρίσιμος με την καλύτερη απόδοση των υπαρχουσών ηλεκτρο-οπτικών πλατφορμών όπως το LNOI και οι διαμορφωτές πλάσματος. Στο μέλλον, χρησιμοποιώντας πιο σύνθετεςΔιαμορφωτής IQσχέδια ή πιο προηγμένες τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων σήματος ή χρησιμοποιώντας υποστρώματα χαμηλότερης απώλειας μικροκυμάτων, όπως υποστρώματα χαλαζία, οι συσκευές τανταλικού λιθίου αναμένεται να επιτυγχάνουν ρυθμούς επικοινωνίας 2 Tbit/s ή υψηλότερους. Σε συνδυασμό με τα ειδικά πλεονεκτήματα του LTOI, όπως η χαμηλότερη διπλή διάθλαση και το φαινόμενο κλίμακας λόγω της ευρείας εφαρμογής του σε άλλες αγορές φίλτρων ραδιοσυχνοτήτων, η τεχνολογία φωτονικής τανταλικού λιθίου θα παρέχει λύσεις χαμηλού κόστους, χαμηλής ισχύος και εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας για υψηλής ταχύτητας επόμενης γενιάς -δίκτυα οπτικών επικοινωνιών ταχύτητας και συστήματα φωτονικής μικροκυμάτων.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-11-2024