ליתיום טנטלט (LTOI) במהירות גבוההמודולטור אלקטרו-אופטי
תעבורת הנתונים העולמית ממשיכה לגדול, הודות לאימוץ נרחב של טכנולוגיות חדשות כמו 5G ובינה מלאכותית (AI), מה שמציב אתגרים משמעותיים עבור משדרי-מקלט בכל רמות הרשתות האופטיות. באופן ספציפי, טכנולוגיית המודולטור האלקטרו-אופטי מהדור הבא דורשת עלייה משמעותית בקצבי העברת הנתונים ל-200 ג'יגה-ביט לשנייה בערוץ יחיד תוך הפחתת צריכת האנרגיה והעלויות. בשנים האחרונות, טכנולוגיית פוטוניקה של סיליקון נמצאת בשימוש נרחב בשוק המשדרי-מקלט האופטי, בעיקר בשל העובדה שניתן לייצר פוטוניקה של סיליקון בהמוניה באמצעות תהליך CMOS בוגר. עם זאת, מודולטורים אלקטרו-אופטיים של SOI המסתמכים על פיזור נושאי גלים מתמודדים עם אתגרים גדולים ברוחב פס, צריכת חשמל, ספיגת נושאי גלים חופשיים ואי-לינאריות של אפנון. נתיבי טכנולוגיה אחרים בתעשייה כוללים InP, LNOI ליתיום ניובט בשכבה דקה, פולימרים אלקטרו-אופטיים ופתרונות אינטגרציה הטרוגניים מרובי פלטפורמות אחרים. LNOI נחשב לפתרון שיכול להשיג את הביצועים הטובים ביותר באפנון במהירות גבוהה במיוחד ובצריכת חשמל נמוכה, אולם כיום יש לו כמה אתגרים מבחינת תהליך ייצור המוני ועלות. לאחרונה, הצוות השיק פלטפורמה פוטונית משולבת של ליתיום טנטלט (LTOI) בשכבה דקה, בעלת תכונות פוטואלקטריות מצוינות וייצור בקנה מידה גדול, אשר צפויה להתאים או אף לעלות על הביצועים של פלטפורמות אופטיות של ליתיום ניובט וסיליקון ביישומים רבים. עם זאת, עד כה, התקן הליבה שלתקשורת אופטית, המודולטור האלקטרו-אופטי במהירות גבוהה במיוחד, לא אומת ב-LTOI.
במחקר זה, החוקרים תכננו תחילה את מודולטור האלקטרו-אופטי LTOI, שמבנהו מוצג באיור 1. באמצעות תכנון המבנה של כל שכבת ליתיום טנטלט על המבודד ופרמטרי אלקטרודת המיקרוגל, התאמת מהירות ההתפשטות של גלי המיקרוגל וגלי האור ב...מודולטור אלקטרו-אופטימתממש. מבחינת הפחתת אובדן האלקטרודה במיקרוגל, החוקרים בעבודה זו הציעו לראשונה את השימוש בכסף כחומר אלקטרודה בעל מוליכות טובה יותר, והוכח כי אלקטרודת הכסף מפחיתה את אובדן המיקרוגל ל-82% בהשוואה לאלקטרודת הזהב הנמצאת בשימוש נרחב.
איור 1. מבנה מודולטור אלקטרו-אופטי LTOI, עיצוב התאמת פאזה, בדיקת אובדן אלקטרודה במיקרוגל.
איור 2 מציג את המנגנון הניסויי ואת התוצאות של מודולטור האלקטרו-אופטי LTOI עבורעוצמה מווסתתגילוי ישיר (IMDD) במערכות תקשורת אופטיות. הניסויים מראים כי מודולטור האלקטרו-אופטי LTOI יכול לשדר אותות PAM8 בקצב סימנים של 176 GBd עם BER נמדד של 3.8×10⁻² מתחת לסף SD-FEC של 25%. עבור PAM4 של 200 GBd ו- PAM2 של 208 GBd, BER היה נמוך משמעותית מסף SD-FEC של 15% ו- HD-FEC של 7%. תוצאות בדיקת העין וההיסטוגרמה באיור 3 מדגימות ויזואלית כי ניתן להשתמש במודולטור האלקטרו-אופטי LTOI במערכות תקשורת במהירות גבוהה עם ליניאריות גבוהה ושיעור שגיאות סיביות נמוך.
איור 2. ניסוי באמצעות מודולטור אלקטרו-אופטי LTOI עבורעוצמה מווסתתזיהוי ישיר (IMDD) במערכת תקשורת אופטית (א) התקן ניסיוני; (ב) קצב שגיאת הסיביות הנמדד (BER) של אותות PAM8 (אדום), PAM4 (ירוק) ו-PAM2 (כחול) כפונקציה של קצב הסימנים; (ג) קצב מידע שמיש שחולץ (AIR, קו מקווקו) וקצב נתונים נטו נלווה (NDR, קו רציף) עבור מדידות עם ערכי קצב שגיאת סיביות מתחת לגבול SD-FEC של 25%; (ד) מפות עיניים והיסטוגרמות סטטיסטיות תחת אפנון PAM2, PAM4, PAM8.
עבודה זו מדגימה את מודולטור האלקטרו-אופטי הראשון בעל מהירות גבוהה של LTOI עם רוחב פס של 3dB של 110GHz. בניסויי שידור IMDD באמצעות גילוי ישיר של אפנון עוצמה, המכשיר משיג קצב נתונים נטו של 405 ג'יגה-ביט לשנייה על גבי נושא גל יחיד, נתון דומה לביצועים הטובים ביותר של פלטפורמות אלקטרו-אופטיות קיימות כגון מודולטורי LNOI ופלזמה. בעתיד, שימוש במודולטורים מורכבים יותר...מודולטור IQבאמצעות עיצובים או טכניקות מתקדמות יותר לתיקון שגיאות אותות, או שימוש במצעים בעלי אובדן מיקרוגל נמוך יותר כגון מצעי קוורץ, התקני ליתיום טנטלט צפויים להשיג קצבי תקשורת של 2 Tbit/s ומעלה. בשילוב עם היתרונות הספציפיים של LTOI, כגון שבירה כפולה נמוכה יותר ואפקט קנה המידה עקב יישומו הנרחב בשווקי מסנני RF אחרים, טכנולוגיית הפוטוניקה של ליתיום טנטלט תספק פתרונות בעלות נמוכה, צריכת אנרגיה נמוכה ומהירות גבוהה במיוחד עבור רשתות תקשורת אופטיות במהירות גבוהה ומערכות פוטוניקה מיקרוגל מהדור הבא.
זמן פרסום: 11 בדצמבר 2024