Lithium tantalate (LTOI) háhraða raf-sjónmælir

Lithium tantalate (LTOI) háhraðiraf-optískur mótari

Gagnaumferð á heimsvísu heldur áfram að vaxa, knúin áfram af víðtækri innleiðingu nýrrar tækni eins og 5G og gervigreind (AI), sem hefur í för með sér verulegar áskoranir fyrir senditæki á öllum stigum ljósneta. Nánar tiltekið krefst næstu kynslóðar raf-sjóntækni mótara tækni verulega aukningu á gagnaflutningshraða í 200 Gbps á einni rás á sama tíma og orkunotkun og kostnaður minnkar. Undanfarin ár hefur kísilljóseindatækni verið mikið notuð á sjóntækjamarkaðinum, aðallega vegna þess að hægt er að fjöldaframleiða sílikonljóseindatækni með þroskuðu CMOS ferlinu. Hins vegar, SOI raf-sjónrænir mótarar sem treysta á dreifingu burðarbera standa frammi fyrir miklum áskorunum hvað varðar bandbreidd, orkunotkun, ókeypis frásog burðarbera og ólínuleika mótunar. Aðrar tæknileiðir í greininni eru InP, þunnfilmu litíumníóbat LNOI, raf-sjónafjölliður og aðrar ólíkar samþættingarlausnir á mörgum vettvangi. LNOI er talin vera lausnin sem getur náð bestu frammistöðu í ofur-háhraða og lítilli aflmótun, en það hefur nú nokkrar áskoranir hvað varðar fjöldaframleiðsluferli og kostnað. Nýlega setti teymið á markað þunnt filmu litíum tantalate (LTOI) samþættan ljóseindavettvang með framúrskarandi ljóseiginleikum og stórframleiðslu, sem búist er við að passi við eða jafnvel yfir frammistöðu litíumníóbats og sílikon sjónvettvanga í mörgum forritum. Hins vegar, þar til nú, kjarna tækisinssjónræn samskipti, ofur-háhraða raf-sjónamælirinn, hefur ekki verið staðfest í LTOI.

Í þessari rannsókn hönnuðu rannsakendur fyrst LTOI raf-sjónræna mótara, uppbygging hans er sýnd á mynd 1. Með hönnun á uppbyggingu hvers lags af litíum tantalati á einangrunartækinu og breytur örbylgju rafskautsins, útbreiðslu hraðasamsvörun örbylgjuofns og ljósbylgju íraf-sjón mótunartækier að veruleika. Hvað varðar að draga úr tapi á örbylgju rafskautinu, lögðu vísindamenn í þessari vinnu í fyrsta skipti til að nota silfur sem rafskautsefni með betri leiðni, og sýnt var að silfurrafskautið minnkaði örbylgjutapið í 82% samanborið við rafskautið. mikið notað gull rafskaut.

MYND. 1 LTOI raf-sjónræn mótunarbygging, fasasamsvörun hönnun, örbylgjuofn rafskautstap próf.

MYND. 2 sýnir tilraunabúnað og niðurstöður LTOI raf-sjóntækjastýribúnaðarins fyrirstyrkleiki stillturbein uppgötvun (IMDD) í sjónsamskiptakerfum. Tilraunirnar sýna að LTOI raf-sjónræn mótari getur sent PAM8 merki á táknhraða 176 GBd með mældum BER 3,8×10⁻² undir 25% SD-FEC þröskuldinum. Fyrir bæði 200 GBd PAM4 og 208 GBd PAM2 var BER marktækt lægra en viðmiðunarmörkin 15% SD-FEC og 7% HD-FEC. Niðurstöður augn- og súluritaprófa á mynd 3 sýna sjónrænt að hægt er að nota LTOI rafsjónræna mótara í háhraða samskiptakerfum með mikla línuleika og lágt bitavilluhlutfall.

MYND. 2 Tilraun með því að nota LTOI rafsjónræna mótara fyrirStyrkleikastýrðurBein uppgötvun (IMDD) í sjónsamskiptakerfi (a) tilraunatæki; (b) Mælt bitavilluhlutfall (BER) PAM8(rauðs), PAM4(grænt) og PAM2(blátt) merkja sem fall af táknhraða; (c) Útdreginn nothæfur upplýsingahraði (AIR, strikuð lína) og tengdur nettógagnahraði (NDR, heillína) fyrir mælingar með bitvilluhraðagildum undir 25% SD-FEC mörkunum; (d) Augnkort og tölfræðileg súlurit undir PAM2, PAM4, PAM8 mótun.

Þetta verk sýnir fyrsta háhraða LTOI raf-sjónabúnaðinn með 3 dB bandbreidd 110 GHz. Í styrkleikamótun bein uppgötvun IMDD sendingartilraunir, nær tækið 405 Gbit/s nettógagnahraða eins flutningsfyrirtækis, sem er sambærilegt við bestu frammistöðu núverandi rafsjóntækja eins og LNOI og plasmamótara. Í framtíðinni, nota flóknariIQ mótarihönnun eða fullkomnari tækni til að leiðrétta merkjavillur, eða með því að nota lægra örbylgjutap hvarfefni eins og kvars hvarfefni, er gert ráð fyrir að litíum tantalat tæki nái samskiptahraða upp á 2 Tbit/s eða hærra. Ásamt sérstökum kostum LTOI, svo sem lægri tvíbrjótingu og mælikvarðaáhrifum vegna útbreiddrar notkunar þess á öðrum mörkuðum fyrir RF-síur, mun litíum tantalat ljóseindatækni veita ódýrar, lágt afl og ofurháhraða lausnir fyrir næstu kynslóð háhraða lausnir. -hraða sjónsamskiptanet og örbylgjuljóseindakerfi.