Lithium tantalate (LTOI) მაღალი სიჩქარეელექტრო ოპტიკური მოდულატორი
გლობალური მონაცემთა ტრეფიკი კვლავ იზრდება, რაც გამოწვეულია ახალი ტექნოლოგიების ფართოდ მიღებით, როგორიცაა 5G და ხელოვნური ინტელექტი (AI), რაც მნიშვნელოვან გამოწვევებს უქმნის გადამცემებს ოპტიკური ქსელის ყველა დონეზე. კერძოდ, შემდეგი თაობის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის ტექნოლოგია მოითხოვს მონაცემთა გადაცემის განაკვეთების მნიშვნელოვან ზრდას ერთ არხში 200 გბიტს, ხოლო ენერგიის მოხმარების და ხარჯების შემცირებას. ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, Silicon Photonics ტექნოლოგია ფართოდ იქნა გამოყენებული ოპტიკური გადამცემი ბაზარზე, ძირითადად იმის გამო, რომ სილიკონის ფოტონიკის მასობრივი წარმოქმნა შესაძლებელია სექსუალურ CMOS პროცესის გამოყენებით. ამასთან, SOI ელექტრო ოპტიკური მოდულატორები, რომლებიც ეყრდნობიან გადამზიდავ დისპერსიას, დიდი გამოწვევების წინაშე დგას სიჩქარეს, ენერგიის მოხმარებას, გადამზიდავების უფასო შთანთქმასა და მოდულაციის არაწრფივს. ინდუსტრიის სხვა ტექნოლოგიურ მარშრუტებში შედის INP, თხელი ფილმი Lithium Niobate LNOI, ელექტრო ოპტიკური პოლიმერები და სხვა მრავალ პლატფორმის ჰეტეროგენული ინტეგრაციის გადაწყვეტილებები. LNOI ითვლება გამოსავალად, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს საუკეთესო შესრულებას ულტრა მაღალი სიჩქარით და დაბალი სიმძლავრის მოდულაციით, თუმცა, ამჟამად მას აქვს გარკვეული გამოწვევები მასობრივი წარმოების პროცესისა და ღირებულების თვალსაზრისით. ცოტა ხნის წინ, გუნდმა გამოუშვა თხელი ფილმი Lithium Tantalate (LTOI) ინტეგრირებული ფოტონური პლატფორმა შესანიშნავი ფოტოელექტრული თვისებებით და ფართომასშტაბიანი წარმოებით, რომელიც, სავარაუდოდ, შეესაბამება ან კიდევ გადააჭარბებს ლითიუმის ნიობატის და სილიკონის ოპტიკური პლატფორმების შესრულებას მრავალ აპლიკაციაში. თუმცა, ამ დრომდე, ძირითადი მოწყობილობაოპტიკური კომუნიკაცია, ულტრა მაღალი სიჩქარით ელექტრო ოპტიკური მოდულატორი, არ არის დადასტურებული LTOI- ში.
ამ გამოკვლევაში, მკვლევარებმა პირველად შეიმუშავეს LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახაზში 1. ლითიუმის ტანალატის თითოეული ფენის სტრუქტურის დიზაინის მეშვეობით იზოლატორზე და მიკროტალღური ელექტროდის პარამეტრები, მიკროტალღური და მსუბუქი ტალღის გამრავლების სიჩქარის შესატყვისი.ელექტრო ოპტიკური მოდულატორირეალიზებულია. მიკროტალღური ელექტროდის დაკარგვის შემცირების თვალსაზრისით, ამ ნაშრომში მკვლევარებმა პირველად შესთავაზეს ვერცხლის, როგორც ელექტროდიდის მასალის გამოყენებას უკეთესი გამტარობით, ხოლო ვერცხლის ელექტროდი აჩვენეს, რომ მიკროტალღური დაკარგვა 82% -მდე შეამცირა ფართოდ გამოყენებული ოქროს ელექტროდთან შედარებით.
ნახ. 1 LTOI ელექტრო ოპტიკური მოდულატორის სტრუქტურა, ფაზის შესატყვისი დიზაინი, მიკროტალღური ელექტროდის დაკარგვის ტესტი.
ნახ. 2 გვიჩვენებს LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის ექსპერიმენტულ აპარატს და შედეგებსინტენსივობა მოდულირებულიპირდაპირი გამოვლენა (IMDD) ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემებში. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ LTOI ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორს შეუძლია PAM8 სიგნალების გადაცემა 176 GBD– ით, გაზომილი BER– ით 3.8 × 10⁻² 25% SD-FEC ბარიერიდან. ორივე GBD PAM4 და 208 GBD PAM2- ისთვის, BER მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე 15% SD-FEC და 7% HD-FEC ბარიერი. თვალისა და ჰისტოგრამის ტესტის შედეგები ნახაზში 3 ვიზუალურად ცხადყოფს, რომ LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაღალსიჩქარიან საკომუნიკაციო სისტემებში, მაღალი ხაზოვანი და დაბალი შეცდომის სიჩქარით.
ნახ. 2 ექსპერიმენტი LTOI ელექტრო ოპტიკური მოდულატორის გამოყენებითინტენსივობა მოდულირებულიპირდაპირი გამოვლენა (IMDD) ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემაში (ა) ექსპერიმენტული მოწყობილობა; (ბ) PAM8 (წითელი), PAM4 (მწვანე) და PAM2 (ლურჯი) სიგნალების გაზომილი ბიტის შეცდომის სიჩქარე (BER), როგორც ნიშნის სიჩქარის ფუნქცია; (გ) მოპოვებული ინფორმაციის გამოსაყენებელი მაჩვენებელი (ჰაერი, გამონაყარი) და მონაცემთა წმინდა წმინდა მაჩვენებელი (NDR, მყარი ხაზი) გაზომვები ბიტ-შეცდომის სიჩქარის მნიშვნელობებით, 25% SD-FEC ზღვრის ქვემოთ; (დ) თვალის რუქები და სტატისტიკური ჰისტოგრამები PAM2, PAM4, PAM8 მოდულაციის ქვეშ.
ეს ნამუშევარი აჩვენებს პირველი მაღალსიჩქარიანი LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის 3 დბ სიჩქარეს 110 გიგაჰერტით. ინტენსივობის მოდულაციაში პირდაპირი გამოვლენის IMDD გადამცემი ექსპერიმენტები, მოწყობილობა აღწევს ერთჯერადი გადამზიდავი წმინდა მონაცემთა სიჩქარე 405 გბიტ/წმ, რაც შედარებულია არსებული ელექტრო ოპტიკური პლატფორმების საუკეთესო შესრულებასთან, როგორიცაა LNOI და პლაზმური მოდულატორები. მომავალში, უფრო რთული გამოყენებითIQ მოდულატორიდიზაინის ან უფრო მოწინავე სიგნალის შეცდომების კორექტირების ტექნიკა, ან მიკროტალღური ზარალის ქვედა სუბსტრატების გამოყენებით, როგორიცაა კვარცის სუბსტრატები, ლითიუმის ტანტალატის მოწყობილობები, სავარაუდოდ, მიაღწევენ საკომუნიკაციო განაკვეთებს 2 ტბიტ/წმ ან უფრო მეტს. LTOI– ს სპეციფიკურ უპირატესობებთან ერთად, მაგალითად, ქვედა ფრინველებზე და მასშტაბის ეფექტთან, სხვა RF ფილტრის ბაზრებზე მისი ფართო გამოყენების გამო, Lithium Tantalate Photonics ტექნოლოგია უზრუნველყოფს დაბალი ფასის, დაბალი სიმძლავრის და ულტრა მაღალი სიჩქარის გადაწყვეტილებებს შემდეგი თაობის მაღალი სიჩქარის ოპტიკური საკომუნიკაციო ქსელებისა და მიკროტალღური ფოტონიკის სისტემებისთვის.
გამოქვეყნების დრო: -11-2024