Lithium tantalate (LTOI) high speed electro-optic modulator

Lithium tantalate (LTOI) taas nga tulinelectro-optic modulator

Ang trapiko sa datos sa kalibutan nagpadayon sa pagtubo, nga gimaneho sa kaylap nga pagsagop sa mga bag-ong teknolohiya sama sa 5G ug artificial intelligence (AI), nga naghatag daghang mga hagit alang sa mga transceiver sa tanan nga lebel sa optical network. Sa piho, ang sunod nga henerasyon nga electro-optic modulator nga teknolohiya nanginahanglan usa ka hinungdanon nga pagtaas sa mga rate sa pagbalhin sa data hangtod sa 200 Gbps sa usa ka channel samtang gipamubu ang pagkonsumo sa enerhiya ug gasto. Sa milabay nga pipila ka tuig, ang silicon photonics teknolohiya kay kaylap nga gigamit sa optical transceiver merkado, nag-una tungod sa kamatuoran nga ang silicon photonics mahimong masa-produce gamit ang hamtong nga CMOS proseso. Bisan pa, ang SOI electro-optic modulators nga nagsalig sa pagkatibulaag sa carrier nag-atubang sa daghang mga hagit sa bandwidth, pagkonsumo sa kuryente, libre nga pagsuyup sa carrier ug nonlinearity sa modulasyon. Ang ubang mga ruta sa teknolohiya sa industriya naglakip sa InP, thin film lithium niobate LNOI, electro-optical polymers, ug uban pang multi-platform heterogeneous integration solutions. Ang LNOI gikonsiderar nga solusyon nga makab-ot ang labing kaayo nga pasundayag sa ultra-high speed ug low power modulation, bisan pa, kini sa pagkakaron adunay pipila ka mga hagit sa mga termino sa proseso sa mass production ug gasto. Bag-ohay lang, gilusad sa team ang usa ka thin film lithium tantalate (LTOI) integrated photonic platform nga adunay maayo kaayong photoelectric properties ug large-scale manufacturing, nga gipaabot nga motakdo o molapas pa sa performance sa lithium niobate ug silicon optical platforms sa daghang aplikasyon. Bisan pa, hangtod karon, ang kinauyokan nga aparato saoptical nga komunikasyon, ang ultra-high speed electro-optic modulator, wala pa mapamatud-an sa LTOI.

Niini nga pagtuon, ang mga tigdukiduki unang nagdesinyo sa LTOI electro-optic modulator, ang istruktura niini gipakita sa Figure 1. Pinaagi sa disenyo sa istruktura sa matag layer sa lithium tantalate sa insulator ug ang mga parameter sa microwave electrode, ang propagation speed matching sa microwave ug light wave saelectro-optical modulatornaamgohan. Sa mga termino sa pagkunhod sa pagkawala sa microwave electrode, ang mga tigdukiduki niini nga buhat sa unang higayon nagsugyot sa paggamit sa pilak ingon nga usa ka electrode nga materyal nga adunay mas maayo nga conductivity, ug ang pilak electrode gipakita sa pagpakunhod sa microwave pagkawala sa 82% itandi sa kaylap nga gigamit nga bulawan nga electrode.

FIG. 1 LTOI electro-optic modulator structure, phase matching design, microwave electrode loss test.

FIG. 2 nagpakita sa experimental apparatus ug mga resulta sa LTOI electro-optic modulator alang saintensity modulateddirect detection (IMDD) sa optical communication systems. Gipakita sa mga eksperimento nga ang LTOI electro-optic modulator mahimong magpadala sa mga signal sa PAM8 sa sign rate nga 176 GBd nga adunay gisukod nga BER nga 3.8 × 10⁻² ubos sa 25% SD-FEC threshold. Para sa 200 GBd PAM4 ug 208 GBd PAM2, ang BER kay mas ubos kay sa threshold sa 15% SD-FEC ug 7% HD-FEC. Ang resulta sa pagsulay sa mata ug histogram sa Figure 3 biswal nga nagpakita nga ang LTOI electro-optic modulator mahimong magamit sa high-speed nga mga sistema sa komunikasyon nga adunay taas nga linearity ug ubos nga bit error rate.

FIG. 2 Eksperimento gamit ang LTOI electro-optic modulator para saIntensity modulatedDirect Detection (IMDD) sa optical communication system (a) experimental device; (b) Ang gisukod nga bit error rate (BER) sa PAM8(pula), PAM4(berde) ug PAM2(asul) nga signal isip function sa sign rate; (c) Extracted magamit nga impormasyon rate (AIR, dashed linya) ug kalambigit nga net data rate (NDR, solid linya) alang sa mga pagsukod uban sa bit-error rate bili ubos sa 25% SD-FEC limit; (d) Mga mapa sa mata ug statistical histograms ubos sa PAM2, PAM4, PAM8 modulasyon.

Gipakita niini nga trabaho ang una nga high-speed LTOI electro-optic modulator nga adunay 3 dB bandwidth nga 110 GHz. Sa intensity modulation direct detection IMDD transmission experiments, ang device nakab-ot ang usa ka carrier net data rate nga 405 Gbit/s, nga ikatandi sa labing maayo nga performance sa kasamtangan nga electro-optical platforms sama sa LNOI ug plasma modulators. Sa umaabot, sa paggamit sa mas komplikadoIQ modulatormga disenyo o mas abante nga mga teknik sa pagtul-id sa sayup nga signal, o paggamit sa ubos nga mga substrate sa pagkawala sa microwave sama sa mga substrate sa quartz, ang mga aparato sa lithium tantalate gilauman nga makab-ot ang mga rate sa komunikasyon nga 2 Tbit / s o mas taas. Inubanan sa mga piho nga bentaha sa LTOI, sama sa ubos nga birefringence ug ang scale nga epekto tungod sa kaylap nga aplikasyon niini sa ubang mga merkado sa filter sa RF, ang teknolohiya sa lithium tantalate photonics maghatag barato, mubu nga gahum ug ultra-high-speed nga mga solusyon alang sa sunod nga henerasyon nga taas. -speed optical komunikasyon network ug microwave photonics sistema.