Modulator éléktro-optik kecepatan tinggi Litium tantalat (LTOI)

Litium tantalat (LTOI) kecepatan tinggimodulator éléktro-optik

Lalulintas data global terus ningkat, didorong ku panggunaan téknologi anyar anu nyebar sapertos 5G sareng kecerdasan buatan (AI), anu nyababkeun tantangan anu signifikan pikeun transceiver di sadaya tingkat jaringan optik. Sacara khusus, téknologi modulator éléktro-optik generasi salajengna meryogikeun paningkatan anu signifikan dina laju transfer data dugi ka 200 Gbps dina hiji saluran bari ngirangan konsumsi énergi sareng biaya. Dina sababaraha taun ka pengker, téknologi fotonik silikon parantos seueur dianggo di pasar transceiver optik, utamina kusabab kanyataan yén fotonik silikon tiasa diproduksi sacara massal nganggo prosés CMOS anu dewasa. Nanging, modulator éléktro-optik SOI anu ngandelkeun dispersi pamawa nyanghareupan tantangan anu ageung dina bandwidth, konsumsi daya, panyerepan pamawa bébas sareng nonlinieritas modulasi. Rute téknologi sanés dina industri kalebet InP, LNOI litium niobate pilem ipis, polimér éléktro-optik, sareng solusi integrasi hétérogén multi-platform sanésna. LNOI dianggap solusi anu tiasa ngahontal kinerja anu pangsaéna dina modulasi kecepatan ultra-luhur sareng kakuatan rendah, kumaha oge, ayeuna gaduh sababaraha tantangan dina hal prosés produksi massal sareng biaya. Anyar-anyar ieu, tim ieu ngaluncurkeun platform fotonik terintegrasi thin film lithium tantalate (LTOI) kalayan sipat fotolistrik anu saé sareng manufaktur skala ageung, anu diperkirakeun bakal cocog atanapi bahkan ngaleuwihan kinerja platform optik lithium niobate sareng silikon dina seueur aplikasi. Nanging, dugi ka ayeuna, alat inti tinakomunikasi optik, modulator éléktro-optik kecepatan ultra-luhur, tacan diverifikasi di LTOI.

Dina ieu panilitian, para panalungtik mimitina ngarancang modulator éléktro-optik LTOI, anu strukturna dipidangkeun dina Gambar 1. Ngaliwatan desain struktur unggal lapisan litium tantalat dina insulator sareng parameter éléktroda gelombang mikro, cocogna kecepatan rambatan gelombang mikro sareng gelombang cahaya dinamodulator éléktro-optikdirealisasikeun. Dina hal ngirangan leungitna éléktroda gelombang mikro, para panaliti dina ieu panalungtikan pikeun kahiji kalina ngusulkeun panggunaan pérak salaku bahan éléktroda kalayan konduktivitas anu langkung saé, sareng éléktroda pérak dipidangkeun ngirangan leungitna gelombang mikro dugi ka 82% dibandingkeun sareng éléktroda emas anu seueur dianggo.

Gambar 1 Struktur modulator éléktro-optik LTOI, desain cocog fase, uji leungitna éléktroda gelombang mikro.

Gambar 2 nunjukkeun alat ékspérimén sareng hasil modulator éléktro-optik LTOI pikeuninténsitas anu dimodulasideteksi langsung (IMDD) dina sistem komunikasi optik. Ékspérimén nunjukkeun yén modulator éléktro-optik LTOI tiasa ngirimkeun sinyal PAM8 dina laju tanda 176 GBd kalayan BER anu diukur 3,8 × 10⁻² di handap ambang SD-FEC 25%. Pikeun PAM4 200 GBd sareng PAM2 208 GBd, BER sacara signifikan langkung handap tibatan ambang 15% SD-FEC sareng HD-FEC 7%. Hasil tés panon sareng histogram dina Gambar 3 sacara visual nunjukkeun yén modulator éléktro-optik LTOI tiasa dianggo dina sistem komunikasi kecepatan tinggi kalayan linieritas anu luhur sareng laju kasalahan bit anu handap.

Gambar 2 Ékspérimén nganggo modulator éléktro-optik LTOI pikeunInténsitas dimodulasiDeteksi Langsung (IMDD) dina sistem komunikasi optik (a) alat ékspériméntal; (b) Laju kasalahan bit anu diukur (BER) tina sinyal PAM8 (beureum), PAM4 (héjo) sareng PAM2 (biru) salaku fungsi tina laju tanda; (c) Laju inpormasi anu tiasa dianggo anu diekstrak (AIR, garis putus-putus) sareng laju data bersih anu aya hubunganana (NDR, garis padet) pikeun pangukuran kalayan nilai laju kasalahan bit di handap wates SD-FEC 25%; (d) Peta panon sareng histogram statistik dina modulasi PAM2, PAM4, PAM8.

Ieu karya nunjukkeun modulator éléktro-optik LTOI kecepatan tinggi munggaran kalayan bandwidth 3 dB 110 GHz. Dina percobaan transmisi IMDD deteksi langsung modulasi inténsitas, alat ieu ngahontal laju data bersih operator tunggal 405 Gbit/s, anu tiasa dibandingkeun sareng kinerja pangsaéna tina platform éléktro-optik anu tos aya sapertos LNOI sareng modulator plasma. Ka hareupna, nganggo anu langkung rumitModulator IQdesain atanapi téknik koréksi kasalahan sinyal anu langkung canggih, atanapi nganggo substrat leungitna gelombang mikro anu langkung handap sapertos substrat kuarsa, alat litium tantalat diperkirakeun bakal ngahontal laju komunikasi 2 Tbit/s atanapi langkung luhur. Digabungkeun sareng kaunggulan khusus LTOI, sapertos birefringence anu langkung handap sareng pangaruh skala kusabab aplikasi anu nyebar di pasar filter RF anu sanés, téknologi fotonik litium tantalat bakal nyayogikeun solusi anu murah, daya rendah, sareng kecepatan ultra-luhur pikeun jaringan komunikasi optik kecepatan tinggi generasi salajengna sareng sistem fotonik gelombang mikro.