Modulador electroóptico de litio tantalato (LTOI)

Litio tantalato (LTOI) Alta velocidadmodulador electroóptico

El tráfico de datos globales continúa creciendo, impulsado por la adopción generalizada de nuevas tecnologías como 5G y la inteligencia artificial (IA), que plantea desafíos significativos para los transceptores en todos los niveles de redes ópticas. Específicamente, la tecnología moduladora electroóptica de próxima generación requiere un aumento significativo en las tasas de transferencia de datos a 200 Gbps en un solo canal al tiempo que reduce el consumo y los costos de energía. En los últimos años, la tecnología de fotónica de silicio se ha utilizado ampliamente en el mercado de transceptor óptico, principalmente debido al hecho de que la fotónica de silicio puede producirse en masa utilizando el proceso CMOS maduro. Sin embargo, los moduladores electroópticos SOI que dependen de la dispersión de los portadores enfrentan grandes desafíos en el ancho de banda, el consumo de energía, la absorción de portadores libres y la no linealidad de la modulación. Otras rutas tecnológicas en la industria incluyen INP, película delgada litio Niobate LNOI, polímeros electroópticos y otras soluciones de integración heterogénea multiplataforma. Se considera que LNOI es la solución que puede lograr el mejor rendimiento en la modulación de velocidad ultra alta y baja potencia, sin embargo, actualmente tiene algunos desafíos en términos de proceso de producción en masa y costo. Recientemente, el equipo lanzó una plataforma fotónica integrada de tantalato de litio delgado (LTOI) con excelentes propiedades fotoeléctricas y fabricación a gran escala, que se espera que coincida o incluso supere el rendimiento de las plataformas ópticas de litio niobate y silicio en muchas aplicaciones. Sin embargo, hasta ahora, el dispositivo central decomunicación óptica, el modulador electroóptico de velocidad ultra alta, no se ha verificado en LTOI.

En este estudio, los investigadores primero diseñaron 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 velocidad de propagación coincide con microondas y onda de luz en la onda de luz en elmodulador electroópticose realiza. En términos de reducir la pérdida del electrodo de microondas, los investigadores en este trabajo por primera vez propusieron 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 moduladora electroóptica LTOI, diseño de coincidencia de fase, prueba de pérdida de electrodos 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 signo de 176 GBD con un BER medido de 3.8 × 10⁻² por debajo del umbral SD-FEC al 25%. Tanto para 200 GBD PAM4 como para 208 GBD PAM2, BER fue significativamente menor que el umbral de 15% SD-FEC y 7% HD-FEC. Los resultados de la prueba de ojo e histograma en la Figura 3 demuestran visualmente que el modulador electroóptico LTOI se puede usar 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 el sistema de comunicación óptica (a) dispositivo experimental; (b) la tasa de error de bits medida (BER) de señales PAM8 (rojo), Pam4 (verde) y PAM2 (azul) en función de la tasa de signo; (c) tasa de información utilizable (aire, línea discontinua) y velocidad de datos netas asociada (NDR, línea continua) para mediciones con valores de velocidad de error de bits por debajo del límite de 25% de SD-FEC; (d) mapas oculares e histogramas estadísticos bajo PAM2, PAM4, modulación PAM8.

Este trabajo demuestra el primer modulador electroóptico LTOI de alta velocidad con un ancho de banda de 3 dB de 110 GHz. En los experimentos de transmisión IMDD de detección directa de modulación de intensidad, el dispositivo logra una velocidad de datos netas de portador única de 405 Gbit/s, que es comparable al mejor rendimiento de las plataformas electroópticas existentes como los moduladores de LNOI y plasma. En el futuro, usando más complejoModulador de IQSe espera que los diseños o técnicas de corrección de errores de señal más avanzados, o el uso de sustratos de pérdida de microondas más bajos, como sustratos de cuarzo, dispositivos tantalados de litio logren tasas de comunicación de 2 tbit/s o más. Combinado con las ventajas específicas de LTOI, como la birrefringencia más baja y el efecto de escala debido a su aplicación generalizada en otros mercados de filtros de RF, la tecnología de fotónica de tantalato de litio proporcionará soluciones de bajo costo, de bajo costo y de baja velocidad para la próxima velocidad de la próxima velocidad, redes de comunicación óptica de alta velocidad y sistemas de fotónica de microondas.