Ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής υψηλής ταχύτητας Lithium (LTOI)

Υψηλή ταχύτητα λιθίου (LTOI)ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής

Η παγκόσμια κυκλοφορία δεδομένων συνεχίζει να αυξάνεται, οδηγείται από την ευρεία υιοθέτηση νέων τεχνολογιών, όπως το 5G και η τεχνητή νοημοσύνη (AI), η οποία δημιουργεί σημαντικές προκλήσεις για τους πομποδέκτες σε όλα τα επίπεδα οπτικών δικτύων. Συγκεκριμένα, η τεχνολογία ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή επόμενης γενιάς απαιτεί σημαντική αύξηση των ρυθμών μεταφοράς δεδομένων σε 200 GBP σε ένα μόνο κανάλι, μειώνοντας παράλληλα την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος. Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία φωτονικής πυριτίου έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αγορά οπτικών πομποδέκτη, κυρίως λόγω του γεγονότος ότι η φωτονική του πυριτίου μπορεί να παραχθεί μαζικά χρησιμοποιώντας την ώριμη διαδικασία CMOS. Ωστόσο, οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές SOI που βασίζονται στη διασπορά του φορέα αντιμετωπίζουν μεγάλες προκλήσεις σε εύρος ζώνης, κατανάλωση ενέργειας, ελεύθερη απορρόφηση φορέα και μη γραμμικότητα διαμόρφωσης. Άλλες τεχνολογικές διαδρομές στον κλάδο περιλαμβάνουν LNOI LNOI, ηλεκτρο-οπτικά πολυμερή και άλλες πολυεπίπεδες λύσεις ετερογενών ενσωμάτωσης. Το LNOI θεωρείται ότι είναι η λύση που μπορεί να επιτύχει την καλύτερη απόδοση στην εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα και τη διαμόρφωση χαμηλής ισχύος, ωστόσο, έχει σήμερα κάποιες προκλήσεις όσον αφορά τη διαδικασία μαζικής παραγωγής και το κόστος. Πρόσφατα, η ομάδα ξεκίνησε μια ενσωματωμένη φωτονική πλατφόρμα λιθίου λεπτής ταινίας με εξαιρετικές φωτοηλεκτρικές ιδιότητες και παραγωγή μεγάλης κλίμακας, η οποία αναμένεται να ταιριάζει ή να υπερβαίνει την απόδοση των οπτικών πλατφορμών Niobate Lithium και πυριτίου σε πολλές εφαρμογές. Ωστόσο, μέχρι τώρα, η βασική συσκευή τουοπτική επικοινωνία, ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας, δεν έχει επαληθευτεί στο LTOI.

Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές σχεδίασαν για πρώτη φορά τον ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή LTOI, η δομή του οποίου φαίνεται στο σχήμα 1. Μέσω του σχεδιασμού της δομής κάθε στρώματος του tantalate του λιθίου στον μονωτή και στις παραμέτρους του ηλεκτροδίου μικροκυμάτων, η ταχύτητα διάδοσης της ταχύτητας του μικροκυμάτων και του φωτός κύματος στοηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτήςπραγματοποιείται. Όσον αφορά τη μείωση της απώλειας του ηλεκτροδίου μικροκυμάτων, οι ερευνητές σε αυτό το έργο για πρώτη φορά πρότειναν 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 χρυσό ηλεκτρόδιο.

ΣΥΚΟ. 1 δομή διαμορφωτή ηλεκτρο-οπτικού LTOI, σχεδιασμός αντιστοίχισης φάσης, δοκιμή απώλειας ηλεκτροδίου μικροκυμάτων.

ΣΥΚΟ. 2 δείχνει την πειραματική συσκευή και τα αποτελέσματα του ηλεκτρο-οπτικού LTOIδιαμορφωμένη έντασηάμεση ανίχνευση (IMDD) σε συστήματα οπτικής επικοινωνίας. Τα πειράματα δείχνουν ότι ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής LTOI μπορεί να μεταδίδει σήματα PAM8 με ρυθμό σημάδι 176 GBD με μετρημένο BER 3,8 × 10⁻2 κάτω από το όριο 25% SD-FEC. Και για τα 200 GBD PAM4 και 208 GBD PAM2, το BER ήταν σημαντικά χαμηλότερο από το όριο 15% SD-FEC και 7% HD-FEC. Η δοκιμή των ματιών και του ιστόγραμμα έχει ως στόχο το σχήμα 3, αποδεικνύει ότι ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής LTOI μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας με υψηλή γραμμικότητα και χαμηλό ρυθμό σφάλματος BIT.

ΣΥΚΟ. 2 Πείραμα χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή LTOI γιαΔιαμορφωμένη έντασηΆμεση ανίχνευση (IMDD) στο σύστημα οπτικής επικοινωνίας (α) πειραματική συσκευή. (β) το μετρούμενο ρυθμό σφάλματος δυαδικών ψηφίων (BER) των σημάτων PAM8 (κόκκινο), PAM4 (πράσινο) και PAM2 (μπλε) ως συνάρτηση του ρυθμού σημάτων. (γ) εξήγαγε χρησιμοποιήσιμο ρυθμό πληροφοριών (αέρα, διακεκομμένη γραμμή) και σχετικό καθαρό ρυθμό δεδομένων (NDR, συμπαγής γραμμή) για μετρήσεις με τιμές ρυθμού Bit-Error κάτω από το όριο 25% SD-FEC. (δ) Χάρτες ματιών και στατιστικά ιστογράμματα κάτω από τη διαμόρφωση PAM2, PAM4, PAM8.

Αυτή η εργασία καταδεικνύει τον πρώτο ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή LTOI υψηλής ταχύτητας με εύρος ζώνης 3 dB 110 GHz. Στη διαμόρφωση έντασης διαμόρφωσης άμεσης ανίχνευσης IMDD πειράματα μετάδοσης, η συσκευή επιτυγχάνει ένα μόνο ποσοστό δεδομένων καθαρού φορέα των 405 Gbit/s, το οποίο είναι συγκρίσιμο με την καλύτερη απόδοση των υφιστάμενων ηλεκτρο-οπτικών πλατφορμών όπως οι διαμορφωτές LNOI και Plasma. Στο μέλλον, χρησιμοποιώντας πιο περίπλοκοΔιαμορφωτής IQΣχέδια ή πιο προηγμένες τεχνικές διόρθωσης σήματος σήματος ή χρησιμοποιώντας υποστρώματα χαμηλότερης απώλειας μικροκυμάτων, όπως υποστρώματα χαλαζία, οι συσκευές tantalate λιθίου αναμένεται να επιτύχουν ποσοστά επικοινωνίας 2 Tbit/s ή υψηλότερων. Σε συνδυασμό με τα συγκεκριμένα πλεονεκτήματα της LTOI, όπως η χαμηλότερη διχαλωτή και η επίδραση κλίμακας λόγω της ευρείας εφαρμογής του σε άλλες αγορές φίλτρων RF, τα συστήματα φωτονικής Lithium Tantalate θα παρέχουν διαλύματα χαμηλής κατανάλωσης, χαμηλής ισχύος και υψηλής ταχύτητας για τα συστήματα οπτικής επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας και των μικροκυμάτων.