Modulator elektro-optik berkecepatan tinggi litium tantalate (LTOI).

Lithium tantalate (LTOI) berkecepatan tinggimodulator elektro-optik

Lalu lintas data global terus tumbuh, didorong oleh meluasnya adopsi teknologi baru seperti 5G dan kecerdasan buatan (AI), yang menimbulkan tantangan signifikan bagi transceiver di semua tingkat jaringan optik. Secara khusus, teknologi modulator elektro-optik generasi berikutnya memerlukan peningkatan kecepatan transfer data yang signifikan hingga 200 Gbps dalam satu saluran sekaligus mengurangi konsumsi energi dan biaya. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi fotonik silikon telah banyak digunakan di pasar transceiver optik, terutama karena fakta bahwa fotonik silikon dapat diproduksi secara massal menggunakan proses CMOS yang matang. Namun, modulator elektro-optik SOI yang mengandalkan dispersi pembawa menghadapi tantangan besar dalam bandwidth, konsumsi daya, penyerapan pembawa bebas, dan nonlinier modulasi. Jalur teknologi lain dalam industri ini mencakup InP, film tipis lithium niobate LNOI, polimer elektro-optik, dan solusi integrasi heterogen multi-platform lainnya. LNOI dianggap sebagai solusi yang dapat mencapai kinerja terbaik dalam modulasi kecepatan sangat tinggi dan daya rendah, namun saat ini LNOI memiliki beberapa tantangan dalam hal proses produksi massal dan biaya. Baru-baru ini, tim meluncurkan platform fotonik terintegrasi lithium film tipis (LTOI) dengan sifat fotolistrik yang sangat baik dan manufaktur skala besar, yang diharapkan dapat menyamai atau bahkan melampaui kinerja platform optik lithium niobate dan silikon dalam banyak aplikasi. Namun, hingga saat ini, perangkat intikomunikasi optik, modulator elektro-optik berkecepatan sangat tinggi, belum diverifikasi di LTOI.

Pada penelitian ini, peneliti terlebih dahulu merancang modulator elektro-optik LTOI yang strukturnya ditunjukkan pada Gambar 1. Melalui perancangan struktur setiap lapisan litium tantalat pada isolator dan parameter elektroda gelombang mikro, propagasinya pencocokan kecepatan gelombang mikro dan gelombang cahaya dimodulator elektro-optikterwujud. Dalam hal mengurangi hilangnya elektroda gelombang mikro, para peneliti dalam penelitian ini untuk pertama kalinya mengusulkan penggunaan perak sebagai bahan elektroda dengan konduktivitas yang lebih baik, dan elektroda perak terbukti mengurangi kehilangan gelombang mikro hingga 82% dibandingkan dengan elektroda emas yang banyak digunakan.

ARA. 1 struktur modulator elektro-optik LTOI, desain pencocokan fase, uji kehilangan elektroda gelombang mikro.

ARA. Gambar 2 menunjukkan peralatan percobaan dan hasil modulator elektro-optik LTOI untukintensitas termodulasideteksi langsung (IMDD) dalam sistem komunikasi optik. Eksperimen menunjukkan bahwa modulator elektro-optik LTOI dapat mengirimkan sinyal PAM8 pada kecepatan tanda 176 GBd dengan BER terukur 3,8×10⁻² di bawah ambang batas SD-FEC 25%. Untuk PAM4 200 GBd dan PAM2 208 GBd, BER secara signifikan lebih rendah daripada ambang batas SD-FEC 15% dan HD-FEC 7%. Hasil pengujian mata dan histogram pada Gambar 3 secara visual menunjukkan bahwa modulator elektro-optik LTOI dapat digunakan dalam sistem komunikasi berkecepatan tinggi dengan linearitas tinggi dan tingkat kesalahan bit yang rendah.

ARA. 2 Percobaan menggunakan modulator elektro-optik LTOI untukIntensitas termodulasiDeteksi Langsung (IMDD) pada sistem komunikasi optik (a) alat percobaan; (b) Tingkat kesalahan bit (BER) yang diukur dari sinyal PAM8(merah), PAM4(hijau) dan PAM2(biru) sebagai fungsi dari kecepatan tanda; (c) Kecepatan informasi yang dapat digunakan yang diekstraksi (AIR, garis putus-putus) dan kecepatan data bersih terkait (NDR, garis padat) untuk pengukuran dengan nilai tingkat kesalahan bit di bawah batas SD-FEC 25%; (d) Peta mata dan histogram statistik dalam modulasi PAM2, PAM4, PAM8.

Karya ini mendemonstrasikan modulator elektro-optik LTOI berkecepatan tinggi pertama dengan bandwidth 3 dB pada 110 GHz. Dalam eksperimen transmisi IMDD deteksi langsung modulasi intensitas, perangkat ini mencapai kecepatan data bersih pembawa tunggal sebesar 405 Gbit/s, yang sebanding dengan kinerja terbaik platform elektro-optik yang ada seperti LNOI dan modulator plasma. Kedepannya, penggunaan yang lebih kompleksModulator IQdesain atau teknik koreksi kesalahan sinyal yang lebih canggih, atau menggunakan substrat kehilangan gelombang mikro yang lebih rendah seperti substrat kuarsa, perangkat litium tantalat diharapkan mencapai kecepatan komunikasi 2 Tbit/s atau lebih tinggi. Dikombinasikan dengan keunggulan spesifik LTOI, seperti birefringence yang lebih rendah dan efek skala karena penerapannya yang luas di pasar filter RF lainnya, teknologi fotonik litium tantalat akan memberikan solusi berbiaya rendah, berdaya rendah, dan berkecepatan sangat tinggi untuk generasi berikutnya. -jaringan komunikasi optik berkecepatan tinggi dan sistem fotonik gelombang mikro.