Hraðvirkur rafsegulmótari fyrir litíumtantalat (LTOI)

Litíumtantalat (LTOI) með miklum hraðaraf-ljósleiðari

Alþjóðleg gagnaumferð heldur áfram að aukast, knúin áfram af útbreiddri notkun nýrrar tækni eins og 5G og gervigreindar (AI), sem skapar verulegar áskoranir fyrir senditæki á öllum stigum ljósneta. Sérstaklega krefst næstu kynslóðar rafsegulmótunartækni verulegrar aukningar á gagnaflutningshraða upp í 200 Gbps í einni rás, en dregur úr orkunotkun og kostnaði. Á undanförnum árum hefur kísilljóstækni verið mikið notuð á markaði fyrir ljóssenditæki, aðallega vegna þess að hægt er að framleiða kísilljósefni í fjöldaframleiðslu með þroskuðu CMOS-ferli. Hins vegar standa SOI rafsegulmótarar sem reiða sig á dreifingu flutningsaðila frammi fyrir miklum áskorunum hvað varðar bandbreidd, orkunotkun, frásog frís flutningsaðila og ólínuleika mótunar. Aðrar tæknileiðir í greininni eru meðal annars InP, þunnfilma litíumníóbat LNOI, rafsegulfjölliður og aðrar fjölbreyttar samþættingarlausnir fyrir marga pallborð. LNOI er talin vera lausnin sem getur náð bestum árangri í mjög miklum hraða og lágorkumótun, en hún stendur nú frammi fyrir nokkrum áskorunum hvað varðar fjöldaframleiðsluferli og kostnað. Nýlega kynnti teymið ljósfræðilega vettvang fyrir þunnfilmu litíumtantalat (LTOI) með framúrskarandi ljósvirkni og stórfelldri framleiðslu, sem búist er við að muni jafnast á við eða jafnvel fara fram úr afköstum litíumníóbats og kísils ljósfræðilegra vettvanga í mörgum forritum. Hins vegar, fram að þessu, hefur kjarnabúnaðurinn ísjónræn samskipti, ofurhraði rafsegulmótarinn, hefur ekki verið staðfestur í LTOI.

Í þessari rannsókn hönnuðu vísindamennirnir fyrst LTOI rafsegulmótorinn, en uppbygging hans er sýnd á mynd 1. Með hönnun á uppbyggingu hvers lags af litíumtantalati á einangrunarefninu og breytum örbylgjuofnsrafskautsins, var útbreiðsluhraði örbylgju- og ljósbylgjunnar í samræmi við það.raf-ljósleiðarier að veruleika. Hvað varðar að draga úr tapi örbylgjuofnsrafskautsins lögðu vísindamennirnir í þessari vinnu í fyrsta skipti til notkun silfurs sem rafskautsefnis með betri leiðni, og sýnt var fram á að silfurrafskautið minnkaði örbylgjuofntapið um 82% samanborið við mikið notaða gullrafskautið.

MYND 1. Uppbygging LTOI rafsegulmótara, fasajöfnunarhönnun, prófun á örbylgjuofnsrafskautstapi.

Mynd 2 sýnir tilraunabúnað og niðurstöður LTOI rafsegulmótarans fyrirstyrkleikastýrðbein uppgötvun (IMDD) í ljósleiðarakerfum. Tilraunirnar sýna að LTOI rafsegulmótarinn getur sent PAM8 merki með 176 GBd formerkjatíðni með mældum BER upp á 3,8 × 10⁻² undir 25% SD-FEC þröskuldinum. Fyrir bæði 200 GBd PAM4 og 208 GBd PAM2 var BER marktækt lægra en þröskuldurinn 15% SD-FEC og 7% HD-FEC. Niðurstöður augn- og súluritsprófana á mynd 3 sýna sjónrænt að LTOI rafsegulmótarinn er hægt að nota í háhraða samskiptakerfum með mikilli línuleika og lágu bitavillutíðni.

MYND 2 Tilraun með LTOI rafsegulmótara fyrirStyrkleikastýrðBein greining (IMDD) í ljósleiðarakerfi (a) tilraunatæki; (b) Mæld bitavillutíðni (BER) PAM8 (rauð), PAM4 (græn) og PAM2 (blá) merkja sem fall af merkjatíðni; (c) Útdráttar nothæf upplýsingatíðni (AIR, strikalína) og tengd nettógagnatíðni (NDR, óbrotin lína) fyrir mælingar með bitavillutíðnigildum undir 25% SD-FEC mörkunum; (d) Augnkort og tölfræðileg súlurit undir PAM2, PAM4, PAM8 mótun.

Þessi vinna sýnir fram á fyrsta háhraða LTOI rafsegulmótara með 3 dB bandvídd upp á 110 GHz. Í tilraunum með beinni greiningu á IMDD sendingu með styrkleikamótun nær tækið nettógagnahraða upp á 405 Gbit/s á einum burðarbera, sem er sambærilegt við bestu afköst núverandi rafsegulmótara eins og LNOI og plasmamótara. Í framtíðinni mun notkun flóknari ...IQ mótorMeð því að nota hönnun eða háþróaðri leiðréttingaraðferðir fyrir villur í merkjum, eða með því að nota undirlag með minni örbylgjutap, svo sem kvars undirlag, er gert ráð fyrir að litíumtantalat tæki nái samskiptahraða upp á 2 Tbit/s eða hærri. Í bland við sérstaka kosti LTOI, svo sem minni tvíbrot og stærðaráhrif vegna útbreiddrar notkunar á öðrum mörkuðum fyrir RF síur, mun litíumtantalat ljósfræðitækni veita ódýrar, orkusparandi og afar hraðvirkar lausnir fyrir næstu kynslóð háhraða ljósfræðilegra samskiptaneta og örbylgjuljósfræðikerfa.