Lithium tantalate (LTOI) tốc độ caobộ điều biến điện quang
Lưu lượng dữ liệu toàn cầu tiếp tục tăng trưởng, được thúc đẩy bởi 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 đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu tăng đáng kể lên 200 Gbps trên một kênh đơn, 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 bộ thu phát quang, chủ yếu là do quang tử silicon có thể được sản xuất hàng loạt bằng quy trình CMOS tiên tiến. Tuy nhiên, các bộ điều biến quang điện SOI dựa trên tán sắc 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 của điều chế. Các hướng công nghệ khác trong ngành bao gồm InP, LNOI màng mỏng lithium niobate, 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 tốc độ cực cao và công suất thấp, tuy nhiên, hiện tại nó đang gặp một số thách thức về quy trình sản xuất hàng loạt và chi phí. Gần đây, nhóm nghiên cứu đã ra mắt nền tảng quang tử tích hợp lithium tantalate màng mỏng (LTOI) với các đặc tính quang điện tuyệt vời và khả năng sản xuất quy mô lớn, dự kiến sẽ ngang bằng hoặc thậm chí vượt trội hơn 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 đầu tiên thiết kế bộ điều biến điện quang LTOI, cấu trúc của nó được thể hiện trong Hình 1. Thông qua thiết kế cấu trúc của từng lớp lithium tantalate trên chất cách điện và các thông số của điện cực vi sóng, tốc độ lan truyền của sóng vi sóng và sóng ánh sáng trongbộ điều biến điện quangđã được hiện thực hóa. Về mặt giảm tổn thất của 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 đã được chứng minh là có thể giảm tổn thất vi sóng xuống 82% so với điện cực vàng được sử dụng rộng rãi.
HÌNH 1. Cấu trúc bộ điều biến quang điện LTOI, thiết kế khớp pha, thử nghiệm mất điện cực vi sóng.
HÌNH 2 cho thấy thiết bị thử nghiệm và kết quả của bộ điều biến quang điện LTOI chocường độ điều chếPhát hiện trực tiếp (IMDD) trong các hệ thống truyền thông quang học. Các thí nghiệm cho thấy bộ điều biến điện quang LTOI có thể truyền tín hiệu PAM8 ở tốc độ tín hiệu 176 GBd với BER đo được là 3,8×10⁻² dưới ngưỡng SD-FEC 25%. Đối với cả PAM4 200 GBd và PAM2 208 GBd, BER thấp hơn đáng kể so với ngưỡng SD-FEC 15% và HD-FEC 7%. Kết quả kiểm tra bằng mắt và biểu đồ trong Hình 3 minh họa trực quan rằng bộ điều biến điện quang 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.
HÌNH 2 Thí nghiệm sử dụng bộ điều biến điện quang LTOI choCường độ điều chếPhát hiện trực tiếp (IMDD) trong hệ thống truyền thông quang học (a) thiết bị thử nghiệm; (b) Tỷ lệ lỗi bit (BER) được đo của tín hiệu PAM8 (đỏ), PAM4 (xanh lá cây) và PAM2 (xanh lam) theo tỷ lệ dấu hiệu; (c) Tỷ lệ thông tin có thể sử dụng được trích xuất (AIR, đường nét đứt) và tỷ lệ dữ liệu ròng liên quan (NDR, đường nét liền) đối với các phép đo có giá trị tỷ lệ lỗi bit dưới giới hạn SD-FEC 25%; (d) Bản đồ mắt và biểu đồ thống kê dưới điều chế PAM2, PAM4, PAM8.
Công trình này trình diễn bộ điều biến điện quang LTOI tốc độ cao đầu tiên với băng thông 3 dB ở mức 110 GHz. Trong các thí nghiệm truyền dẫn IMDD phát hiện trực tiếp điều chế cường độ, thiết bị đạt tốc độ dữ liệu thuần sóng mang đơn là 405 Gbit/giây, tương đương với hiệu suất tốt nhất của các nền tảng điện quang hiện có như bộ điều biến LNOI và plasma. Trong tương lai, việc sử dụng các bộ điều biến phức tạp hơnBộ điều biến IQThiết kế hoặc các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi tín hiệu tiên tiến hơn, hoặc sử dụng các đế có độ suy hao vi sóng thấp hơn như đế thạch anh, các thiết bị lithium tantalate dự kiến sẽ đạt tốc độ truyền thông 2 Tbit/giây hoặc cao hơn. Kết hợp với các ưu điểm đặc trưng của LTOI, chẳng hạn như độ lưỡng chiết thấp hơn và hiệu ứng tỷ lệ do ứng dụng rộng rãi trong các thị trường bộ lọc RF khác, công nghệ quang tử lithium tantalate sẽ cung cấp các giải pháp chi phí thấp, công suất thấp và tốc độ cực cao cho các mạng truyền thông quang tốc độ cao thế hệ tiếp theo và các hệ thống quang tử vi sóng.
Thời gian đăng: 11-12-2024