Lithium tantalate (LTOI) өндөр хурдны цахилгаан оптик модулятор

Lithium tantalate (LTOI) өндөр хурдтайцахилгаан оптик модулятор

5G болон хиймэл оюун ухаан (AI) зэрэг шинэ технологийг өргөнөөр нэвтрүүлснээр дэлхийн мэдээллийн урсгал нэмэгдсээр байгаа бөгөөд энэ нь оптик сүлжээний бүх түвшний дамжуулагчдад ихээхэн бэрхшээл учруулж байна. Тодруулбал, дараагийн үеийн цахилгаан оптик модулятор технологи нь эрчим хүчний хэрэглээ, зардлыг бууруулахын зэрэгцээ нэг сувгаар өгөгдөл дамжуулах хурдыг 200 Гбит/с хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Сүүлийн хэдэн жилд цахиурын фотоник технологи нь оптик дамжуулагчийн зах зээлд өргөн хэрэглэгдэж байгаа нь цахиурын фотоникийг боловсорч гүйцсэн CMOS процессыг ашиглан олноор үйлдвэрлэх боломжтой болсонтой холбоотой. Гэсэн хэдий ч зөөвөрлөгчийн тархалтад тулгуурладаг SOI цахилгаан оптик модуляторууд нь зурвасын өргөн, эрчим хүчний зарцуулалт, зөөвөрлөгчийн чөлөөт шингээлт, модуляцын шугаман бус байдал зэрэг томоохон сорилтуудтай тулгардаг. Салбар дахь технологийн бусад замууд нь InP, нимгэн хальсан литийн ниобат LNOI, цахилгаан оптик полимерууд болон бусад олон платформ гетероген интеграцийн шийдлүүд юм. LNOI нь хэт өндөр хурд, бага чадлын модуляцын хувьд хамгийн сайн гүйцэтгэлд хүрэх шийдэл гэж тооцогддог боловч одоогоор массын үйлдвэрлэлийн процесс, зардлын хувьд зарим бэрхшээлтэй тулгараад байна. Саяхан тус баг маш сайн фотоэлектрик шинж чанартай, том хэмжээний үйлдвэрлэл бүхий нимгэн хальсан литийн танталат (LTOI) нэгдмэл фотоник платформыг эхлүүлсэн бөгөөд энэ нь олон төрлийн хэрэглээнд литийн ниобат болон цахиурын оптик платформуудын гүйцэтгэлтэй давхцах эсвэл бүр давах төлөвтэй байна. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл үндсэн төхөөрөмж ньоптик харилцаа холбоо, хэт өндөр хурдны цахилгаан оптик модуляторыг LTOI-д баталгаажуулаагүй байна.

Энэхүү судалгаанд судлаачид анх LTOI цахилгаан оптик модуляторыг зохион бүтээсэн бөгөөд түүний бүтцийг Зураг 1-д үзүүлэв. Тусгаарлагч дээрх литийн танталатын давхарга бүрийн бүтэц, богино долгионы электродын параметрийн дизайнаар дамжуулан богино долгионы болон гэрлийн долгионы тархалтын хурдыг тохируулах замаарцахилгаан оптик модуляторхэрэгжиж байна. Богино долгионы электродын алдагдлыг бууруулах тал дээр судлаачид энэ ажилд анх удаа мөнгийг илүү сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай электродын материал болгон ашиглахыг санал болгосон бөгөөд өргөн хэрэглэгддэг алтны электродтой харьцуулахад мөнгөн электрод нь богино долгионы алдагдлыг 82% хүртэл бууруулдаг болохыг харуулсан.

ЗУРАГ. 1 LTOI цахилгаан оптик модуляторын бүтэц, фазын тохирох загвар, богино долгионы электродын алдагдлын туршилт.

ЗУРАГ. 2-т LTOI цахилгаан оптик модуляторын туршилтын аппарат ба үр дүнг харуулавэрчимийг модуляцлуулсаноптик холбооны системд шууд илрүүлэх (IMDD). Туршилтууд нь LTOI цахилгаан оптик модулятор нь PAM8 дохиог SD-FEC-ийн 25%-ийн босгоос доогуур 3.8×10⁻² хэмжсэн BER-аар 176 GBd тэмдгийн хурдаар дамжуулж чаддаг болохыг харуулж байна. 200 GBd PAM4 болон 208 GBd PAM2 аль алиных нь хувьд BER нь 15% SD-FEC болон 7% HD-FEC-ийн босгоос хамаагүй бага байсан. Зураг 3-т үзүүлсэн нүд ба гистограммын туршилтын үр дүн нь LTOI цахилгаан оптик модуляторыг шугаман чанар өндөр, битийн алдаа багатай өндөр хурдны холбооны системд ашиглаж болохыг нүдээр харуулж байна.

ЗУРАГ. 2 LTOI цахилгаан оптик модулятор ашиглан туршилт хийхЭрчим хүчний модуляцлагдсанОптик холбооны систем дэх шууд илрүүлэх (IMDD) (a) туршилтын төхөөрөмж; (б) PAM8(улаан), PAM4(ногоон) ба PAM2(цэнхэр) дохионуудын хэмжсэн битийн алдааны хувь (BER) тэмдэгийн хурдаас хамаарсан; (в) SD-FEC хязгаарын 25%-иас доогуур битийн алдааны түвшний утгууд бүхий хэмжилтэд ашиглах боломжтой мэдээллийн хурд (AIR, тасархай шугам) болон холбогдох цэвэр өгөгдлийн хурд (NDR, хатуу шугам); (г) PAM2, PAM4, PAM8 модуляцын дор нүдний зураг болон статистикийн гистограмм.

Энэхүү ажил нь 110 GHz-ийн 3 дБ зурвасын өргөнтэй анхны өндөр хурдны LTOI цахилгаан оптик модуляторыг харуулж байна. Эрчим хүчний модуляцийг шууд илрүүлэх IMDD дамжуулалтын туршилтуудад төхөөрөмж нь 405 Гбит/с-ийн нэг зөөвөрлөгчийн цэвэр мэдээллийн хурдыг олж авдаг бөгөөд энэ нь одоо байгаа LNOI болон плазмын модулятор зэрэг цахилгаан оптик платформуудын хамгийн сайн гүйцэтгэлтэй харьцуулж болно. Ирээдүйд илүү нарийн төвөгтэй ашиглахIQ модулятордизайн эсвэл илүү дэвшилтэт дохионы алдаа засах техник, эсвэл кварцын субстрат, лити танталат төхөөрөмж зэрэг богино долгионы алдагдал багатай субстратыг ашиглан 2 Тбит/с ба түүнээс дээш хурдтай харилцаа холбооны хурдыг бий болгоно. LTOI-ийн өвөрмөц давуу талууд, тухайлбал, бусад RF-ийн шүүлтүүрийн зах зээлд өргөн хэрэглэгдэж байгаагаас шалтгаалж хуваарийн нөлөө багатай, литийн танталат фотоник технологи нь дараагийн үеийн өндөр хурдны оптик холбооны сүлжээ, богино долгионы фотоник системд зориулсан хямд өртөгтэй, бага чадалтай, хэт өндөр хурдны шийдлүүдийг хангах болно.