Lithium tantalate (LTOI) tốc độ caobộ điều biến quang điện
Lưu lượng dữ liệu toàn cầu tiếp tục tăng do việc áp dụng rộng rãi các công nghệ mới như 5G và trí tuệ nhân tạo (AI), đặt ra những thách thức đáng kể cho các bộ thu phát ở mọi cấp độ của mạng quang. Cụ thể, công nghệ điều biến quang điện thế hệ tiếp theo yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu tăng đáng kể lên 200 Gbps trên một kênh đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng và chi phí. Trong vài năm qua, công nghệ quang tử silicon đã được sử dụng rộng rãi trên thị trường máy thu phát quang, chủ yếu là do quang tử silicon có thể được sản xuất hàng loạt bằng quy trình CMOS trưởng thành. Tuy nhiên, các bộ điều biến quang điện SOI dựa vào sự phân tán sóng mang phải đối mặt với những thách thức lớn về băng thông, mức tiêu thụ điện năng, sự hấp thụ sóng mang tự do và tính phi tuyến điều chế. Các tuyến công nghệ khác trong ngành bao gồm InP, lithium niobate LNOI màng mỏng, polyme quang điện và các giải pháp tích hợp không đồng nhất đa nền tảng khác. LNOI được coi là giải pháp có thể đạt được hiệu suất tốt nhất trong điều chế năng lượng thấp và tốc độ cực cao, tuy nhiên, nó hiện gặp một số thách thức về quy trình sản xuất hàng loạt và chi phí. Gần đây, nhóm nghiên cứu đã cho ra mắt nền tảng quang tử tích hợp lithium tantalate (LTOI) màng mỏng với các đặc tính quang điện tuyệt vời và khả năng sản xuất quy mô lớn, dự kiến sẽ sánh ngang hoặc thậm chí vượt quá hiệu suất của nền tảng quang học lithium niobate và silicon trong nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, cho đến nay, thiết bị cốt lõi củatruyền thông quang học, bộ điều biến quang điện tốc độ cực cao, chưa được xác minh trong LTOI.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên thiết kế bộ điều biến quang điện LTOI, cấu trúc của nó được thể hiện trong Hình 1. Thông qua việc thiết kế cấu trúc của từng lớp lithium tantalate trên chất cách điện và các thông số của điện cực vi sóng, quá trình truyền sóng sự kết hợp tốc độ của vi sóng và sóng ánh sáng trongbộ điều biến quang điệnđược thực hiện. Về việc giảm tổn thất điện cực vi sóng, các nhà nghiên cứu trong công trình này lần đầu tiên đề xuất sử dụng bạc làm vật liệu điện cực có độ dẫn điện tốt hơn và điện cực bạc cho thấy giảm tổn thất vi sóng tới 82% so với điện cực vàng được sử dụng rộng rãi.
QUẢ SUNG. 1 Cấu trúc bộ điều biến quang điện LTOI, thiết kế khớp pha, thử nghiệm mất điện cực vi sóng.
QUẢ SUNG. Hình 2 trình bày thiết bị thí nghiệm và kết quả của bộ điều chế quang điện LTOI chocường độ điều chếphát hiện trực tiếp (IMDD) trong các hệ thống thông tin quang. Các thí nghiệm cho thấy bộ điều biến quang điện LTOI có thể truyền tín hiệu PAM8 ở tốc độ ký hiệu 176 GBd với BER đo được là 3,8×10⁻² dưới ngưỡng 25% SD-FEC. Đối với cả 200 GBd PAM4 và 208 GBd PAM2, BER thấp hơn đáng kể so với ngưỡng 15% SD-FEC và 7% HD-FEC. Kết quả kiểm tra mắt và biểu đồ trong Hình 3 chứng minh một cách trực quan rằng bộ điều biến quang điện LTOI có thể được sử dụng trong các hệ thống truyền thông tốc độ cao với độ tuyến tính cao và tỷ lệ lỗi bit thấp.
QUẢ SUNG. 2 Thí nghiệm sử dụng bộ điều chế quang điện LTOI choCường độ điều chếPhát hiện trực tiếp (IMDD) trong thiết bị thí nghiệm hệ thống truyền thông quang học (a); (b) Tỷ lệ lỗi bit đo được (BER) của tín hiệu PAM8 (đỏ), PAM4 (xanh lục) và PAM2 (xanh lam) là một hàm của tốc độ ký hiệu; (c) Tốc độ thông tin có thể sử dụng được trích xuất (AIR, đường đứt nét) và tốc độ dữ liệu ròng liên quan (NDR, đường liền nét) cho các phép đo có giá trị tỷ lệ lỗi bit dưới giới hạn 25% SD-FEC; ( d ) Bản đồ mắt và biểu đồ thống kê theo điều chế PAM2, PAM4, PAM8.
Công trình này trình diễn bộ điều biến quang điện LTOI tốc độ cao đầu tiên với băng thông 3 dB ở tần số 110 GHz. Trong các thử nghiệm truyền IMDD phát hiện trực tiếp điều biến cường độ, thiết bị đạt được tốc độ dữ liệu mạng sóng mang duy nhất là 405 Gbit/s, tương đương với hiệu suất tốt nhất của các nền tảng quang điện hiện có như LNOI và bộ điều biến plasma. Trong tương lai, việc sử dụng phức tạp hơnbộ điều biến IQthiết kế hoặc các kỹ thuật sửa lỗi tín hiệu tiên tiến hơn hoặc sử dụng các chất nền có tổn thất vi sóng thấp hơn như chất nền thạch anh, thiết bị tantalate lithium dự kiến sẽ đạt được tốc độ truyền thông từ 2 Tbit/s trở lên. Kết hợp với các ưu điểm cụ thể của LTOI, chẳng hạn như độ lưỡng chiết thấp hơn và hiệu ứng quy mô do ứng dụng rộng rãi của nó ở các thị trường bộ lọc RF khác, công nghệ quang tử lithium tantalate sẽ cung cấp các giải pháp chi phí thấp, năng lượng thấp và tốc độ cực cao cho thế hệ tiếp theo -Mạng truyền thông quang học tốc độ và hệ thống quang tử vi sóng.
Thời gian đăng: 11-12-2024