ლითიუმის ტანტალიტი (LTOI) მაღალი სიჩქარითელექტრო ოპტიკური მოდულატორი
მონაცემთა გლობალური ტრაფიკი აგრძელებს ზრდას, გამოწვეული ახალი ტექნოლოგიების ფართოდ გავრცელებით, როგორიცაა 5G და ხელოვნური ინტელექტი (AI), რაც მნიშვნელოვან გამოწვევებს უქმნის გადამცემებს ოპტიკური ქსელების ყველა დონეზე. კერძოდ, შემდეგი თაობის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის ტექნოლოგია მოითხოვს მონაცემთა გადაცემის სიჩქარის მნიშვნელოვან ზრდას 200 გბიტ/წმ-მდე ერთ არხზე, ამასთან ამცირებს ენერგიის მოხმარებას და ხარჯებს. ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, სილიკონის ფოტონიკის ტექნოლოგია ფართოდ იქნა გამოყენებული ოპტიკური გადამცემების ბაზარზე, ძირითადად იმის გამო, რომ სილიციუმის ფოტონიკის მასობრივი წარმოება შესაძლებელია სექსუალურ CMOS პროცესის გამოყენებით. თუმცა, SOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორები, რომლებიც ეყრდნობიან გადამზიდის დისპერსიას, დიდი გამოწვევების წინაშე დგანან გამტარუნარიანობის, ენერგიის მოხმარების, თავისუფალი გადამზიდველის შთანთქმისა და მოდულაციის არაწრფივობაში. ინდუსტრიის სხვა ტექნოლოგიური მარშრუტები მოიცავს InP, თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატი LNOI, ელექტრო-ოპტიკური პოლიმერები და სხვა მრავალპლატფორმიანი ჰეტეროგენული ინტეგრაციის გადაწყვეტილებები. LNOI ითვლება გადაწყვეტად, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს საუკეთესო შესრულებას ულტრა მაღალი სიჩქარით და დაბალი სიმძლავრის მოდულაციაში, თუმცა, ამჟამად მას აქვს გარკვეული გამოწვევები მასობრივი წარმოების პროცესისა და ღირებულების თვალსაზრისით. ცოტა ხნის წინ, გუნდმა გამოუშვა თხელი ფირის ლითიუმის ტანტალიტის (LTOI) ინტეგრირებული ფოტონიკური პლატფორმა შესანიშნავი ფოტოელექტრული თვისებებით და ფართომასშტაბიანი წარმოებით, რომელიც, სავარაუდოდ, ემთხვევა ან თუნდაც აღემატება ლითიუმის ნიობატისა და სილიციუმის ოპტიკური პლატფორმების შესრულებას მრავალ აპლიკაციაში. თუმცა, აქამდე, ძირითადი მოწყობილობაოპტიკური კომუნიკაცია, ულტრამაღალსიჩქარიანი ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი, არ არის დამოწმებული LTOI-ში.
ამ კვლევაში მკვლევარებმა პირველად შეიმუშავეს LTOI ელექტროოპტიკური მოდულატორი, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია სურათზე 1. იზოლატორზე ლითიუმის ტანტალიტის თითოეული ფენის სტრუქტურისა და მიკროტალღური ელექტროდის პარამეტრების გავრცელების გზით მიკროტალღური და სინათლის ტალღის სიჩქარის შესატყვისიელექტრო ოპტიკური მოდულატორირეალიზებულია. მიკროტალღური ელექტროდის დაკარგვის შემცირების თვალსაზრისით, მკვლევარებმა ამ ნაშრომში პირველად შემოგვთავაზეს ვერცხლის გამოყენება, როგორც უკეთესი გამტარობის ელექტროდის მასალა, და ვერცხლის ელექტროდი აჩვენა, რომ ამცირებს მიკროტალღურ დანაკარგს 82%-მდე, ვიდრე ფართოდ გამოიყენება ოქროს ელექტროდი.
ნახ. 1 LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის სტრუქტურა, ფაზის შესატყვისი დიზაინი, მიკროტალღური ელექტროდის დაკარგვის ტესტი.
ნახ. 2 გვიჩვენებს LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის ექსპერიმენტულ მოწყობილობას და შედეგებსინტენსივობა მოდულირებულიპირდაპირი გამოვლენა (IMDD) ოპტიკურ საკომუნიკაციო სისტემებში. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ LTOI ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორს შეუძლია გადასცეს PAM8 სიგნალები 176 GBd ნიშნის სიჩქარით, გაზომილი BER 3.8×10-² 25% SD-FEC ზღურბლზე ქვემოთ. როგორც 200 GBd PAM4, ასევე 208 GBd PAM2, BER მნიშვნელოვნად დაბალი იყო 15% SD-FEC და 7% HD-FEC ზღვარზე. თვალისა და ჰისტოგრამის ტესტის შედეგები სურათზე 3 ვიზუალურად აჩვენებს, რომ LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაღალსიჩქარიანი საკომუნიკაციო სისტემებში მაღალი წრფივი და დაბალი ბიტის შეცდომის სიხშირით.
ნახ. 2 ექსპერიმენტი LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის გამოყენებითინტენსივობა მოდულირებულიაპირდაპირი გამოვლენა (IMDD) ოპტიკურ საკომუნიკაციო სისტემაში (ა) ექსპერიმენტული მოწყობილობა; (ბ) PAM8(წითელი), PAM4(მწვანე) და PAM2(ლურჯი) სიგნალების გაზომილი ბიტის შეცდომის სიხშირე (BER) ნიშნის სიჩქარის ფუნქციით; (გ) ამოღებული გამოსაყენებელი ინფორმაციის სიხშირე (AIR, წყვეტილი ხაზი) და დაკავშირებული წმინდა მონაცემთა სიხშირე (NDR, მყარი ხაზი) გაზომვებისთვის ბიტის შეცდომის სიჩქარის მნიშვნელობებით 25% SD-FEC ლიმიტის ქვემოთ; (დ) თვალის რუქები და სტატისტიკური ჰისტოგრამები PAM2, PAM4, PAM8 მოდულაციის ქვეშ.
ეს ნამუშევარი ასახავს პირველ მაღალსიჩქარიან LTOI ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის 3 დბ გამტარუნარიანობას 110 გჰც. ინტენსივობის მოდულაციის პირდაპირი გამოვლენის IMDD გადაცემის ექსპერიმენტებში, მოწყობილობა აღწევს მონაცემთა ერთი გადამზიდავი ქსელის სიჩქარეს 405 გბიტი/წმ, რაც შედარებულია არსებული ელექტროოპტიკური პლატფორმების საუკეთესო შესრულებასთან, როგორიცაა LNOI და პლაზმური მოდულატორები. მომავალში, უფრო რთული გამოყენებითIQ მოდულატორიდიზაინის ან უფრო მოწინავე სიგნალის შეცდომის კორექტირების ტექნიკის, ან მიკროტალღური დანაკარგების დაბალი სუბსტრატების გამოყენებით, როგორიცაა კვარცის სუბსტრატები, ლითიუმის ტანტალიტის მოწყობილობები, სავარაუდოდ, მიაღწევენ კომუნიკაციის სიჩქარეს 2 ტბიტ/წმ ან უფრო მაღალზე. LTOI-ის სპეციფიკურ უპირატესობებთან ერთად, როგორიცაა დაბალი ორმხრივი შეფერხება და მასშტაბის ეფექტი მისი ფართო გამოყენების გამო RF ფილტრების სხვა ბაზრებზე, ლითიუმის ტანტალიტის ფოტონიკის ტექნოლოგია უზრუნველყოფს დაბალი ფასის, დაბალი სიმძლავრის და ულტრა მაღალი სიჩქარის გადაწყვეტილებებს შემდეგი თაობის მაღალი სიჩქარისთვის. -სიჩქარიანი ოპტიკური საკომუნიკაციო ქსელები და მიკროტალღური ფოტონიკის სისტემები.
გამოქვეყნების დრო: დეკ-11-2024