Modulador electroóptico de alta velocidad de tantalato de litio (LTOI)

Tantalato de litio (LTOI) de alta velocidadmodulador electroóptico

El tráfico de datos global continúa creciendo, impulsado por la adopción generalizada de nuevas tecnologías como 5G y la inteligencia artificial (IA), lo que plantea desafíos importantes para los transceptores en todos los niveles de las redes ópticas. Específicamente, la tecnología de modulador electroóptico de próxima generación requiere un aumento significativo en las velocidades de transferencia de datos a 200 Gbps en un solo canal y, al mismo tiempo, reducir el consumo y los costos de energía. En los últimos años, la tecnología fotónica de silicio se ha utilizado ampliamente en el mercado de transceptores ópticos, principalmente debido al hecho de que la fotónica de silicio se puede producir en masa mediante el proceso CMOS maduro. Sin embargo, los moduladores electroópticos SOI que dependen de la dispersión de la portadora enfrentan grandes desafíos en cuanto a ancho de banda, consumo de energía, absorción de portadora libre y no linealidad de la modulación. Otras rutas tecnológicas en la industria incluyen InP, niobato de litio de película delgada LNOI, polímeros electroópticos y otras soluciones de integración heterogénea multiplataforma. Se considera que LNOI es la solución que puede lograr el mejor rendimiento en modulación de velocidad ultraalta y baja potencia; sin embargo, actualmente enfrenta algunos desafíos en términos de proceso de producción en masa y costo. Recientemente, el equipo lanzó una plataforma fotónica integrada de tantalato de litio (LTOI) de película delgada con excelentes propiedades fotoeléctricas y fabricación a gran escala, que se espera que iguale o incluso supere el rendimiento de las plataformas ópticas de niobato de litio y silicio en muchas aplicaciones. Sin embargo, hasta ahora, el dispositivo central decomunicación óptica, el modulador electroóptico de velocidad ultraalta, no ha sido verificado en LTOI.

En este estudio, los investigadores diseñaron primero el modulador electroóptico LTOI, cuya estructura se muestra en la Figura 1. A través del diseño de la estructura de cada capa de tantalato de litio en el aislante y los parámetros del electrodo de microondas, la propagación igualación de velocidad de microondas y onda de luz en elmodulador electroópticose realiza. En términos de reducir la pérdida del electrodo de microondas, los investigadores de este trabajo propusieron por primera vez el uso de plata como material de electrodo con mejor conductividad, y se demostró que el electrodo de plata reduce la pérdida de microondas al 82% en comparación con el Electrodo de oro ampliamente utilizado.

HIGO. 1 estructura de modulador electroóptico LTOI, diseño de coincidencia de fases, prueba de pérdida de electrodo de microondas.

HIGO. 2 muestra el aparato experimental y los resultados del modulador electroóptico LTOI paraintensidad moduladaDetección directa (IMDD) en sistemas de comunicación óptica. Los experimentos muestran que el modulador electroóptico LTOI puede transmitir señales PAM8 a una velocidad de señal de 176 GBd con una BER medida de 3,8 × 10⁻² por debajo del umbral SD-FEC del 25 %. Tanto para 200 GBd PAM4 como para 208 GBd PAM2, la BER fue significativamente más baja que el umbral de 15 % SD-FEC y 7 % HD-FEC. Los resultados de las pruebas oculares y de histograma en la Figura 3 demuestran visualmente que el modulador electroóptico LTOI se puede utilizar en sistemas de comunicación de alta velocidad con alta linealidad y baja tasa de error de bits.

HIGO. 2 Experimento utilizando el modulador electroóptico LTOI paraIntensidad moduladaDetección Directa (IMDD) en un sistema de comunicación óptica (a) dispositivo experimental; (b) La tasa de error de bits (BER) medida de las señales PAM8 (roja), PAM4 (verde) y PAM2 (azul) en función de la tasa de señal; (c) Tasa de información utilizable extraída (AIR, línea discontinua) y tasa de datos neta asociada (NDR, línea continua) para mediciones con valores de tasa de error de bits por debajo del límite SD-FEC del 25%; (d) Mapas oculares e histogramas estadísticos bajo modulación PAM2, PAM4, PAM8.

Este trabajo demuestra el primer modulador electroóptico LTOI de alta velocidad con un ancho de banda de 3 dB de 110 GHz. En experimentos de transmisión IMDD de detección directa de modulación de intensidad, el dispositivo logra una velocidad de datos neta de portadora única de 405 Gbit/s, que es comparable al mejor rendimiento de las plataformas electroópticas existentes, como LNOI y moduladores de plasma. En el futuro, utilizando más complejosmodulador de coeficiente intelectualSe espera que los dispositivos de tantalato de litio alcancen velocidades de comunicación de 2 Tbit/s o superiores con diseños más avanzados o técnicas más avanzadas de corrección de errores de señal, o utilizando sustratos con menor pérdida de microondas, como sustratos de cuarzo. Combinada con las ventajas específicas de LTOI, como una menor birrefringencia y el efecto de escala debido a su aplicación generalizada en otros mercados de filtros de RF, la tecnología fotónica de tantalato de litio proporcionará soluciones de bajo costo, bajo consumo y velocidad ultrarrápida para alta velocidad de próxima generación. -Redes de comunicaciones ópticas de alta velocidad y sistemas de fotónica de microondas.