Լիթիումի տանտալատ (LTOI) բարձր արագությամբէլեկտրաօպտիկական մոդուլյատոր
Համաշխարհային տվյալների երթևեկությունը շարունակում է աճել՝ պայմանավորված 5G-ի և արհեստական բանականության (AI) նման նոր տեխնոլոգիաների լայն տարածմամբ, ինչը լուրջ մարտահրավերներ է առաջացնում օպտիկական ցանցերի բոլոր մակարդակներում ընդունող ընդունող սարքերի համար: Մասնավորապես, հաջորդ սերնդի էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատորի տեխնոլոգիան պահանջում է տվյալների փոխանցման արագության զգալի աճ մինչև 200 Գբ/վ մեկ ալիքով՝ միաժամանակ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը և ծախսերը: Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում սիլիցիումային ֆոտոնիկայի տեխնոլոգիան լայնորեն օգտագործվել է օպտիկական ընդունող սարքերի շուկայում, հիմնականում այն փաստի շնորհիվ, որ սիլիցիումային ֆոտոնիկան կարող է զանգվածային արտադրվել հասուն CMOS գործընթացի միջոցով: Այնուամենայնիվ, SOI էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատորները, որոնք հիմնված են կրիչների ցրման վրա, մեծ մարտահրավերների են բախվում թողունակության, էներգիայի սպառման, ազատ կրիչների կլանման և մոդուլյացիայի ոչ գծայինության հետ կապված: Արդյունաբերության այլ տեխնոլոգիական ուղիներից են InP-ն, բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատ LNOI-ն, էլեկտրոօպտիկական պոլիմերները և այլ բազմապլատֆորմային տարասեռ ինտեգրման լուծումները: LNOI-ն համարվում է այն լուծումը, որը կարող է հասնել լավագույն կատարողականին գերբարձր արագության և ցածր էներգիայի մոդուլյացիայի մեջ, սակայն ներկայումս այն որոշակի մարտահրավերներ ունի զանգվածային արտադրության գործընթացի և արժեքի առումով: Վերջերս թիմը թողարկեց բարակ թաղանթային լիթիումի տանտալատ (LTOI) ինտեգրված ֆոտոնային հարթակ՝ գերազանց ֆոտոէլեկտրական հատկություններով և լայնածավալ արտադրությամբ, որը, ինչպես սպասվում է, շատ կիրառություններում կհամապատասխանի կամ նույնիսկ կգերազանցի լիթիումի նիոբատի և սիլիցիումի օպտիկական հարթակների արտադրողականությունը։ Սակայն, մինչ օրս, հիմնական սարքը...օպտիկական կապ, գերբարձր արագության էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորը, չի ստուգվել LTOI-ում։
Այս ուսումնասիրության մեջ հետազոտողները նախ նախագծել են LTOI էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորը, որի կառուցվածքը ներկայացված է նկար 1-ում: Մեկուսիչի վրա լիթիումի տանտալատի յուրաքանչյուր շերտի կառուցվածքի և միկրոալիքային էլեկտրոդի պարամետրերի նախագծման միջոցով, միկրոալիքային և լուսային ալիքների տարածման արագության համապատասխանեցումը...էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորիրականացված է։ Միկրոալիքային էլեկտրոդի կորուստը նվազեցնելու առումով, այս աշխատանքում հետազոտողները առաջին անգամ առաջարկեցին արծաթի օգտագործումը որպես ավելի լավ հաղորդականություն ունեցող էլեկտրոդային նյութ, և ցույց տրվեց, որ արծաթե էլեկտրոդը միկրոալիքային կորուստը կրճատում է մինչև 82%՝ լայնորեն օգտագործվող ոսկու էլեկտրոդի համեմատ։
ՆԿ. 1. LTOI էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորի կառուցվածքը, փուլային համապատասխանեցման նախագծումը, միկրոալիքային էլեկտրոդային կորստի փորձարկումը։
Նկ. 2-ը ցույց է տալիս LTOI էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորի փորձարարական սարքը և արդյունքները՝ինտենսիվության մոդուլացվածուղղակի հայտնաբերում (IMDD) օպտիկական կապի համակարգերում: Փորձերը ցույց են տալիս, որ LTOI էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորը կարող է փոխանցել PAM8 ազդանշաններ 176 GBd նշանների արագությամբ՝ 3.8×10⁻² չափված BER-ով, որը ցածր է 25% SD-FEC շեմից: 200 GBd PAM4-ի և 208 GBd PAM2-ի համար BER-ը զգալիորեն ցածր էր 15% SD-FEC-ի և 7% HD-FEC-ի շեմից: Նկար 3-ում ներկայացված աչքի և հիստոգրամի թեստի արդյունքները տեսողականորեն ցույց են տալիս, որ LTOI էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորը կարող է օգտագործվել բարձր արագության կապի համակարգերում՝ բարձր գծայնությամբ և ցածր բիթային սխալի արագությամբ:
ՆԿ. 2. Փորձ՝ օգտագործելով LTOI էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորԻնտենսիվությունը մոդուլացված էՈւղիղ հայտնաբերում (IMDD) օպտիկական կապի համակարգում (ա) փորձարարական սարքում։ (բ) PAM8 (կարմիր), PAM4 (կանաչ) և PAM2 (կապույտ) ազդանշանների չափված բիթային սխալի հաճախականությունը (BER)՝ որպես նշանների հաճախականության ֆունկցիա։ (գ) 25% SD-FEC սահմանից ցածր բիթային սխալի հաճախականության արժեքներով չափումների համար ստացված օգտագործելի տեղեկատվության հաճախականությունը (AIR, ընդհատ գիծ) և դրան կից զուտ տվյալների հաճախականությունը (NDR, անընդմեջ գիծ)։ (դ) Աչքի քարտեզներ և վիճակագրական հիստոգրամներ PAM2, PAM4, PAM8 մոդուլյացիայի ներքո։
Այս աշխատանքը ցուցադրում է առաջին բարձր արագությամբ LTOI էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատորը՝ 110 ԳՀց հաճախականության 3 դԲ թողունակությամբ: Ինտենսիվության մոդուլյացիայի ուղղակի հայտնաբերման IMDD փոխանցման փորձերի ժամանակ սարքը հասնում է 405 Գբիթ/վրկ մեկ կրիչի ցանցային տվյալների փոխանցման արագության, որը համեմատելի է առկա էլեկտրոօպտիկական հարթակների, ինչպիսիք են LNOI-ը և պլազմային մոդուլյատորները, լավագույն կատարողականության հետ: Ապագայում, ավելի բարդ...IQ մոդուլյատորՆախագծման կամ ավելի առաջադեմ ազդանշանային սխալի ուղղման տեխնիկաների, կամ ավելի ցածր միկրոալիքային կորուստներով հիմքերի, ինչպիսիք են քվարցային հիմքերը, ակնկալվում է, որ լիթիումի տանտալատային սարքերը կհասնեն 2 Տբիտ/վրկ կամ ավելի բարձր հաղորդակցման արագության: LTOI-ի հատուկ առավելությունների հետ միասին, ինչպիսիք են ցածր կրկնակի բեկումը և մասշտաբի էֆեկտը՝ պայմանավորված այլ RF ֆիլտրերի շուկաներում լայն կիրառմամբ, լիթիումի տանտալատային ֆոտոնիկայի տեխնոլոգիան կապահովի ցածր գնով, ցածր հզորությամբ և գերբարձր արագությամբ լուծումներ հաջորդ սերնդի բարձր արագությամբ օպտիկական հաղորդակցման ցանցերի և միկրոալիքային ֆոտոնիկայի համակարգերի համար:
Հրապարակման ժամանակը. Դեկտեմբերի 11-2024