Lithiwm tantalad (LTOI) cyflymder uchelmodiwlydd electro-optig
Mae traffig data byd-eang yn parhau i dyfu, wedi'i yrru gan fabwysiadu technolegau newydd fel 5G a deallusrwydd artiffisial (AI) yn eang, sy'n peri heriau sylweddol i drawsdderbynyddion ar bob lefel o rwydweithiau optegol. Yn benodol, mae technoleg modiwleiddio electro-optig y genhedlaeth nesaf yn gofyn am gynnydd sylweddol mewn cyfraddau trosglwyddo data i 200 Gbps mewn un sianel wrth leihau'r defnydd o ynni a chostau. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae technoleg ffotonig silicon wedi cael ei defnyddio'n helaeth yn y farchnad drawsdderbynyddion optegol, yn bennaf oherwydd y ffaith y gellir cynhyrchu ffotonig silicon yn dorfol gan ddefnyddio'r broses CMOS aeddfed. Fodd bynnag, mae modiwleidyddion electro-optig SOI sy'n dibynnu ar wasgariad cludwyr yn wynebu heriau mawr o ran lled band, defnydd pŵer, amsugno cludwyr rhydd ac anlinoledd modiwleiddio. Mae llwybrau technoleg eraill yn y diwydiant yn cynnwys InP, LNOI lithiwm niobate ffilm denau, polymerau electro-optegol, ac atebion integreiddio heterogenaidd aml-lwyfan eraill. Ystyrir LNOI fel yr ateb a all gyflawni'r perfformiad gorau mewn modiwleiddio cyflymder uwch-uchel a phŵer isel, fodd bynnag, ar hyn o bryd mae ganddo rai heriau o ran proses gynhyrchu màs a chost. Yn ddiweddar, lansiodd y tîm blatfform ffotonig integredig ffilm denau lithiwm tantalate (LTOI) gyda phriodweddau ffotodrydanol rhagorol a gweithgynhyrchu ar raddfa fawr, y disgwylir iddo gyfateb neu hyd yn oed ragori ar berfformiad llwyfannau optegol lithiwm niobate a silicon mewn llawer o gymwysiadau. Fodd bynnag, hyd yn hyn, dyfais graiddcyfathrebu optegol, y modiwleiddiwr electro-optig cyflymder uwch-uchel, nid yw wedi'i wirio yn LTOI.
Yn yr astudiaeth hon, dyluniodd yr ymchwilwyr y modiwleiddiwr electro-optig LTOI yn gyntaf, y dangosir ei strwythur yn Ffigur 1. Trwy ddylunio strwythur pob haen o dantalad lithiwm ar yr inswleiddiwr a pharamedrau'r electrod microdon, mae paru cyflymder lledaeniad microdon a thonnau golau yn ymodiwleiddiwr electro-optegolyn cael ei wireddu. O ran lleihau colled yr electrod microdon, cynigiodd yr ymchwilwyr yn y gwaith hwn am y tro cyntaf ddefnyddio arian fel deunydd electrod gyda dargludedd gwell, a dangoswyd bod yr electrod arian yn lleihau'r golled microdon i 82% o'i gymharu â'r electrod aur a ddefnyddir yn helaeth.
FFIG. 1 Strwythur modiwleiddiwr electro-optig LTOI, dyluniad paru cyfnod, prawf colli electrod microdon.
Mae FFIG. 2 yn dangos yr offer arbrofol a chanlyniadau'r modiwleiddiwr electro-optig LTOI ar gyferdwyster wedi'i fodiwleiddiocanfod uniongyrchol (IMDD) mewn systemau cyfathrebu optegol. Mae'r arbrofion yn dangos y gall y modiwleiddiwr electro-optig LTOI drosglwyddo signalau PAM8 ar gyfradd arwyddion o 176 GBd gyda BER wedi'i fesur o 3.8 × 10⁻² islaw'r trothwy SD-FEC o 25%. Ar gyfer PAM4 200 GBd a PAM2 208 GBd, roedd BER yn sylweddol is na'r trothwy o 15% SD-FEC a 7% HD-FEC. Mae canlyniadau'r prawf llygad a histogram yn Ffigur 3 yn dangos yn weledol y gellir defnyddio'r modiwleiddiwr electro-optig LTOI mewn systemau cyfathrebu cyflym gyda llinoledd uchel a chyfradd gwall bit isel.
FFIG. 2 Arbrawf gan ddefnyddio modiwleiddiwr electro-optig LTOI ar gyferDwyster wedi'i fodiwleiddioCanfod Uniongyrchol (IMDD) mewn system gyfathrebu optegol (a) dyfais arbrofol; (b) Y gyfradd gwall bit a fesurwyd (BER) o signalau PAM8 (coch), PAM4 (gwyrdd) a PAM2 (glas) fel swyddogaeth o'r gyfradd arwyddion; (c) Cyfradd gwybodaeth ddefnyddiadwy a echdynnwyd (AIR, llinell doredig) a'r gyfradd data net gysylltiedig (NDR, llinell solet) ar gyfer mesuriadau gyda gwerthoedd cyfradd gwall bit islaw'r terfyn SD-FEC o 25%; (d) Mapiau llygaid a histogramau ystadegol o dan fodiwleiddio PAM2, PAM4, PAM8.
Mae'r gwaith hwn yn dangos y modiwleiddiwr electro-optig LTOI cyflym cyntaf gyda lled band 3 dB o 110 GHz. Mewn arbrofion trosglwyddo IMDD canfod uniongyrchol modiwleiddio dwyster, mae'r ddyfais yn cyflawni cyfradd data net cludwr sengl o 405 Gbit/s, sy'n gymharol â'r perfformiad gorau o lwyfannau electro-optig presennol fel modiwleiddiwyr LNOI a plasma. Yn y dyfodol, gan ddefnyddio mwy cymhlethModiwlydd IQdyluniadau neu dechnegau cywiro gwallau signal mwy datblygedig, neu ddefnyddio swbstradau colled microdon is fel swbstradau cwarts, disgwylir i ddyfeisiau lithiwm tantalate gyflawni cyfraddau cyfathrebu o 2 Tbit/s neu uwch. Ynghyd â manteision penodol LTOI, fel dwy-blygiant is a'r effaith raddfa oherwydd ei gymhwysiad eang mewn marchnadoedd hidlwyr RF eraill, bydd technoleg ffotonig lithiwm tantalate yn darparu atebion cost isel, pŵer isel ac uwch-gyflymder ar gyfer rhwydweithiau cyfathrebu optegol cyflym y genhedlaeth nesaf a systemau ffotonig microdon.
Amser postio: 11 Rhagfyr 2024