מהירות גבוהה של ליתיום טנטלט (LTOI)מודולטור אלקטרו-אופטי
תנועת נתונים גלובלית ממשיכה לצמוח, מונעת על ידי אימוץ נרחב של טכנולוגיות חדשות כמו 5G ובינה מלאכותית (AI), המהווה אתגרים משמעותיים עבור משדרים בכל רמות הרשתות האופטיות. באופן ספציפי, טכנולוגיית המודולטור האלקטרו-אופטי של הדור הבא דורשת עלייה משמעותית בשיעורי העברת הנתונים ל -200 ג'יגה-סיביות בערוץ יחיד תוך הפחתת צריכת האנרגיה והעלויות. בשנים האחרונות, טכנולוגיית סיליקון פוטוניקה נמצאת בשימוש נרחב בשוק המשדר האופטי, בעיקר בגלל העובדה שניתן לייצר המוני פוטוניקה בסיליקון באמצעות תהליך ה- CMOS הבוגר. עם זאת, מודולטורים אלקטרו-אופטיים של SOI המסתמכים על פיזור הספק עומדים בפני אתגרים גדולים ברוחב הפס, צריכת חשמל, ספיגת נשא חופשית ואי-ליניאריות. מסלולי טכנולוגיה אחרים בתעשייה כוללים INP, סרטים דקים ליתיום ניובאט LNOI, פולימרים אלקטרו-אופטיים ופתרונות אינטגרציה הטרוגניים מרובי-פלטפורמות. LNOI נחשב לפיתרון שיכול להשיג את הביצועים הטובים ביותר במהירות גבוהה במיוחד ובמודולציה של הספק נמוך, עם זאת, כיום יש לה כמה אתגרים מבחינת תהליך הייצור המוני ועלות. לאחרונה השיק הצוות פלטפורמה פוטונית של סרט דק ליתיום טנטלט (LTOI) עם תכונות פוטואלקטריות מצוינות וייצור בקנה מידה גדול, שצפוי להתאים או אפילו לחרוג מהביצועים של פלטפורמות אופטיות של ליתיום ניובאט וסיליקון ביישומים רבים. עם זאת, עד כה, מכשיר הליבה שלתקשורת אופטית, המודולטור האלקטרו-אופטי המהיר במיוחד לא אומת ב- LTOI.
במחקר זה, החוקרים עיצבו לראשונה את המודולטור האלקטרו-אופטי של LTOI, שמבנהו מוצג באיור 1. דרך תכנון המבנה של כל שכבה של ליתיום טנטלט על המבודד והפרמטרים של האלקטרודה המיקרוגל, התאמת מהירות ההפצה של מיקרוגל וגל אור בפניםמודולטור אלקטרו-אופטימתממש. מבחינת הפחתת אובדן האלקטרודה של המיקרוגל, החוקרים בעבודה זו הציעו לראשונה את השימוש בכסף כחומר אלקטרודה עם מוליכות טובה יותר, והוכח שהאלקטרודה הכסף מפחיתה את אובדן המיקרוגל ל 82% בהשוואה לאלקטרודה הזהב הנפוצה.
תְאֵנָה. 1 מבנה מודולטור אלקטרו-אופטי LTOI, תכנון תואם שלב, מבחן אובדן אלקטרודות במיקרוגל.
תְאֵנָה. 2 מציג את המנגנון הניסוי והתוצאות של המודולטור האלקטרו-אופטי של LTOI עבורעוצמה מווסתתאיתור ישיר (IMDD) במערכות תקשורת אופטיות. הניסויים מראים כי המודולטור האלקטרו-אופטי LTOI יכול להעביר אותות PAM8 בשיעור שלטים של 176 ג'יגה-בייט עם BER מדוד של 3.8 × 10⁻² מתחת לסף SD-FEC של 25%. בשני 200 GBD PAM4 וגם 208 GBD PAM2, BER היה נמוך משמעותית מהסף של 15% SD-FEC ו- 7% HD-FEC. מבחן העיניים וההיסטוגרמה מביא לאיור 3 מדגימים חזותית כי ניתן להשתמש במודולטור האלקטרו-אופטי של LTOI במערכות תקשורת במהירות גבוהה עם ליניאריות גבוהה וקצב שגיאה נמוך.
תְאֵנָה. 2 ניסוי באמצעות מודולטור אלקטרו-אופטי LTOI עבורעוצמה מווסתתאיתור ישיר (IMDD) במערכת תקשורת אופטית (א) מכשיר ניסיוני; (ב) שיעור שגיאת הסיביות שנמדד (BER) של PAM8 (אדום), PAM4 (ירוק) ו- PAM2 (כחול) אותות כפונקציה של קצב הסימנים; (ג) שיעור מידע שמיש חילץ (אוויר, קו מקווקו) וקצב נתונים נטו נלווה (NDR, קו מוצק) למדידות עם ערכי קצב שגיאות סיביות מתחת למגבלת 25% SD-FEC; (ד) מפות עיניים והיסטוגרמות סטטיסטיות תחת אפנון PAM2, PAM4, PAM8.
עבודה זו מדגימה את המודולטור האלקטרו-אופטי הראשון במהירות גבוהה במהירות גבוהה עם רוחב פס של 3 dB של 110 ג'יגה הרץ. בעוצמה של אפנון אינטנסיביות ניסויי העברת IMDD של IMDD, המכשיר משיג קצב נתונים נטו יחיד של 405 Gbit/S, הדומה לביצועים הטובים ביותר של פלטפורמות אלקטרו-אופטיות קיימות כמו LNOI ומודולי פלזמה. בעתיד, שימוש במורכב יותרמודולטור IQעיצובים או טכניקות תיקון שגיאות איתות מתקדמות יותר, או שימוש במצעים נמוכים יותר לאובדן מיקרוגל כמו מצעי קוורץ, מכשירי ליתיום טנטלטים צפויים להשיג שיעורי תקשורת של 2 טיט/שניות ומעלה. בשילוב עם היתרונות הספציפיים של LTOI, כמו הבגרה נמוכה יותר ואפקט הסולם עקב היישום הנרחב שלה בשווקי פילטר RF אחרים, טכנולוגיית פוטוניקה של ליתיום טנטלטים יספקו פתרונות בעלי עלות נמוכה, בעלות נמוכה ובאולטרה-מהירות עבור רשתות אופטיות מהירות גבוהה ומערכות פוטונוצציקות מיקרוגל.
זמן ההודעה: דצמבר -11-2024