ლითიუმის ტანტალატის (LTOI) მაღალი სიჩქარეელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი
გლობალური მონაცემთა ტრაფიკი აგრძელებს ზრდას, რაც განპირობებულია ისეთი ახალი ტექნოლოგიების ფართოდ გამოყენებით, როგორიცაა 5G და ხელოვნური ინტელექტი (AI), რაც მნიშვნელოვან გამოწვევებს უქმნის გადამცემ-მიმღებებს ოპტიკური ქსელების ყველა დონეზე. კერძოდ, ახალი თაობის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის ტექნოლოგია მოითხოვს მონაცემთა გადაცემის სიჩქარის მნიშვნელოვან ზრდას 200 გბიტ/წმ-მდე ერთ არხში, ენერგიის მოხმარებისა და ხარჯების შემცირების პარალელურად. ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, სილიკონის ფოტონიკის ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენება ოპტიკური გადამცემ-მიმღებების ბაზარზე, ძირითადად იმის გამო, რომ სილიკონის ფოტონიკის მასობრივი წარმოება შესაძლებელია განვითარებული CMOS პროცესის გამოყენებით. თუმცა, SOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორები, რომლებიც ეყრდნობიან მატარებლების დისპერსიას, დიდ გამოწვევებს აწყდებიან გამტარუნარიანობის, ენერგომოხმარების, თავისუფალი მატარებლების შთანთქმის და მოდულაციის არაწრფივობის თვალსაზრისით. ინდუსტრიაში სხვა ტექნოლოგიური მარშრუტებია InP, თხელი ფირის ლითიუმ-ნიობატის LNOI, ელექტრო-ოპტიკური პოლიმერები და სხვა მრავალპლატფორმული ჰეტეროგენული ინტეგრაციის გადაწყვეტილებები. LNOI ითვლება გადაწყვეტად, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს საუკეთესო შესრულებას ულტრამაღალი სიჩქარისა და დაბალი სიმძლავრის მოდულაციაში, თუმცა, ამჟამად მას გარკვეული გამოწვევები აქვს მასობრივი წარმოების პროცესისა და ღირებულების თვალსაზრისით. ცოტა ხნის წინ, გუნდმა გამოუშვა თხელი ფირის ლითიუმის ტანტალატის (LTOI) ინტეგრირებული ფოტონური პლატფორმა შესანიშნავი ფოტოელექტრული თვისებებით და ფართომასშტაბიანი წარმოებით, რომელიც, სავარაუდოდ, მრავალ გამოყენებაში ლითიუმის ნიობატისა და სილიციუმის ოპტიკური პლატფორმების მაჩვენებლებს გაუტოლდება ან თუნდაც გადააჭარბებს. თუმცა, აქამდე, ძირითადი მოწყობილობა...ოპტიკური კომუნიკაცია, ულტრამაღალი სიჩქარის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი, LTOI-ში არ არის დადასტურებული.
ამ კვლევაში, მკვლევარებმა თავდაპირველად შეიმუშავეს LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში. იზოლატორზე ლითიუმის ტანტალატის თითოეული ფენის სტრუქტურისა და მიკროტალღური ელექტროდის პარამეტრების დიზაინის მეშვეობით, მიკროტალღური და სინათლის ტალღების გავრცელების სიჩქარის შესაბამისობა...ელექტროოპტიკური მოდულატორიმიკროტალღური ელექტროდის დანაკარგების შემცირების თვალსაზრისით, ამ ნაშრომში მკვლევარებმა პირველად შემოგვთავაზეს ვერცხლის გამოყენება, როგორც ელექტროდის მასალა უკეთესი გამტარობით და ნაჩვენები იყო, რომ ვერცხლის ელექტროდი მიკროტალღურ დანაკარგს 82%-მდე ამცირებს ფართოდ გამოყენებულ ოქროს ელექტროდთან შედარებით.
სურ. 1. LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის სტრუქტურა, ფაზის შესაბამისობის დიზაინი, მიკროტალღური ელექტროდის დანაკარგის ტესტი.
ნახ. 2-ზე ნაჩვენებია LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის ექსპერიმენტული აპარატურა და შედეგებიინტენსივობის მოდულირებაპირდაპირი აღმოჩენა (IMDD) ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემებში. ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორს შეუძლია PAM8 სიგნალების გადაცემა 176 GBd ნიშნის სიჩქარით, გაზომილი BER-ით 3.8×10⁻² 25% SD-FEC ზღურბლზე დაბალი. როგორც 200 GBd PAM4-ისთვის, ასევე 208 GBd PAM2-ისთვის, BER მნიშვნელოვნად დაბალი იყო 15% SD-FEC-ის და 7% HD-FEC-ის ზღურბლზე. ნახაზ 3-ში მოცემული თვალისა და ჰისტოგრამის ტესტის შედეგები ვიზუალურად აჩვენებს, რომ LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის გამოყენება შესაძლებელია მაღალსიჩქარიან საკომუნიკაციო სისტემებში მაღალი წრფივობით და დაბალი ბიტური შეცდომის სიხშირით.
სურ. 2. ექსპერიმენტი LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის გამოყენებითინტენსივობა მოდულირებულიაპირდაპირი აღმოჩენა (IMDD) ოპტიკურ საკომუნიკაციო სისტემაში (ა) ექსპერიმენტული მოწყობილობა; (ბ) PAM8 (წითელი), PAM4 (მწვანე) და PAM2 (ლურჯი) სიგნალების გაზომილი ბიტური შეცდომის სიხშირე (BER), როგორც ნიშნის სიჩქარის ფუნქცია; (გ) ამოღებული გამოსაყენებელი ინფორმაციის სიხშირე (AIR, წყვეტილი ხაზი) და მასთან დაკავშირებული წმინდა მონაცემთა სიხშირე (NDR, უწყვეტი ხაზი) გაზომვებისთვის, რომელთა ბიტური შეცდომის სიჩქარის მნიშვნელობები 25% SD-FEC ლიმიტზე დაბალია; (დ) თვალის რუკები და სტატისტიკური ჰისტოგრამები PAM2, PAM4, PAM8 მოდულაციის ქვეშ.
ეს ნამუშევარი აჩვენებს პირველ მაღალსიჩქარიან LTOI ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორს 110 გჰც-ის 3 დბ გამტარობით. ინტენსივობის მოდულაციის პირდაპირი დეტექციის IMDD გადაცემის ექსპერიმენტებში, მოწყობილობა აღწევს 405 გბიტ/წმ ერთი გადამზიდავის ქსელის მონაცემთა გადაცემის სიჩქარეს, რაც შედარებადია არსებული ელექტრო-ოპტიკური პლატფორმების, როგორიცაა LNOI და პლაზმური მოდულატორები, საუკეთესო მაჩვენებლებთან. მომავალში, უფრო რთული სისტემების გამოყენებითIQ მოდულატორიდიზაინებით ან უფრო მოწინავე სიგნალის შეცდომის კორექციის ტექნიკით, ან დაბალი მიკროტალღური დანაკარგების მქონე სუბსტრატების, როგორიცაა კვარცის სუბსტრატები, გამოყენებით, ლითიუმის ტანტალატის მოწყობილობები, სავარაუდოდ, მიაღწევენ 2 ტბიტ/წმ ან მეტ კომუნიკაციის სიჩქარეს. LTOI-ის სპეციფიკურ უპირატესობებთან ერთად, როგორიცაა დაბალი ორმაგი რევოლუცია და მასშტაბის ეფექტი, რაც გამოწვეულია მისი ფართოდ გამოყენებით სხვა RF ფილტრების ბაზრებზე, ლითიუმის ტანტალატის ფოტონიკის ტექნოლოგია უზრუნველყოფს დაბალი ღირებულების, დაბალი სიმძლავრის და ულტრამაღალსიჩქარიან გადაწყვეტილებებს ახალი თაობის მაღალსიჩქარიანი ოპტიკური საკომუნიკაციო ქსელებისა და მიკროტალღური ფოტონიკური სისტემებისთვის.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 11 დეკემბერი