LTOI(탄탈산리튬) 고속전기광학 변조기
5G 및 인공 지능(AI)과 같은 신기술의 광범위한 채택으로 인해 글로벌 데이터 트래픽이 계속 증가하고 있으며, 이는 모든 수준의 광 네트워크에서 트랜시버에 심각한 문제를 제기합니다. 특히, 차세대 전기광학 변조기 기술은 에너지 소비와 비용을 줄이면서 단일 채널에서 데이터 전송 속도를 200Gbps로 대폭 증가시켜야 합니다. 지난 몇 년 동안 실리콘 포토닉스 기술은 주로 성숙한 CMOS 프로세스를 사용하여 실리콘 포토닉스를 대량 생산할 수 있다는 사실 때문에 광트랜시버 시장에서 널리 사용되었습니다. 그러나 캐리어 분산에 의존하는 SOI 전기광학 변조기는 대역폭, 전력 소비, 자유 캐리어 흡수 및 변조 비선형성 측면에서 큰 문제에 직면해 있습니다. 업계의 다른 기술 경로에는 InP, 박막 리튬 니오베이트 LNOI, 전기 광학 폴리머 및 기타 다중 플랫폼 이종 통합 솔루션이 포함됩니다. LNOI는 초고속, 저전력 변조에서 최고의 성능을 낼 수 있는 솔루션으로 꼽히지만, 현재 양산 공정과 비용 측면에서 몇 가지 과제를 안고 있다. 최근 팀은 우수한 광전 특성과 대규모 제조를 갖춘 LTOI(박막 탄탈산리튬) 통합 광자 플랫폼을 출시했습니다. 이는 많은 응용 분야에서 니오브산리튬 및 실리콘 광학 플랫폼의 성능과 일치하거나 심지어 능가할 것으로 예상됩니다. 그러나 지금까지 핵심 장치인광통신초고속 전기광학 변조기인 는 LTOI에서 검증되지 않았다.
본 연구에서 연구진은 먼저 LTOI 전기광학 변조기를 설계했으며 그 구조는 그림 1과 같다. 절연체 위의 탄탈산리튬 각 층의 구조 설계와 마이크로파 전극의 매개변수를 통해 전파가 마이크로파와 광파의 속도 매칭전기광학 변조기실현됩니다. 마이크로파 전극의 손실을 줄이는 측면에서, 본 연구의 연구진은 전도성이 더 좋은 전극 재료로 은의 사용을 처음으로 제안했으며, 은 전극은 마이크로파 손실을 기존 전극에 비해 82%까지 줄이는 것으로 나타났습니다. 널리 사용되는 금 전극.
무화과. 1 LTOI 전기광학 변조기 구조, 위상 매칭 설계, 마이크로파 전극 손실 테스트.
무화과. 도 2는 LTOI 전기광학 변조기의 실험장치 및 결과를 나타낸 것이다.강도 변조광통신 시스템의 IMDD(직접 감지). 실험에 따르면 LTOI 전기 광학 변조기는 25% SD-FEC 임계값 아래에서 측정된 BER이 3.8×10⁻²인 176GBd의 부호 속도로 PAM8 신호를 전송할 수 있습니다. 200GBd PAM4와 208GBd PAM2 모두에서 BER은 15% SD-FEC 및 7% HD-FEC 임계값보다 상당히 낮았습니다. 그림 3의 아이 및 히스토그램 테스트 결과는 LTOI 전기광학 변조기가 높은 선형성과 낮은 비트 오류율을 갖춘 고속 통신 시스템에 사용될 수 있음을 시각적으로 보여줍니다.
무화과. 2 LTOI 전기광학 변조기를 이용한 실험강도 변조광통신 시스템에서의 직접 검출(IMDD) (a) 실험 장치; (b) 부호율의 함수로서 PAM8(빨간색), PAM4(녹색) 및 PAM2(파란색) 신호의 측정된 비트 오류율(BER). (c) 25% SD-FEC 제한 미만의 비트 오류율 값을 사용하여 측정한 경우 사용 가능한 정보 속도(AIR, 점선) 및 관련 순 데이터 속도(NDR, 실선)를 추출했습니다. (d) PAM2, PAM4, PAM8 변조에 따른 눈 맵 및 통계 히스토그램.
이 연구에서는 110GHz의 3dB 대역폭을 갖춘 최초의 고속 LTOI 전기광학 변조기를 시연합니다. 강도 변조 직접 감지 IMDD 전송 실험에서 이 장치는 LNOI 및 플라즈마 변조기와 같은 기존 전기 광학 플랫폼의 최고 성능에 필적하는 405Gbit/s의 단일 캐리어 순 데이터 속도를 달성합니다. 앞으로는 좀 더 복잡한 방식으로IQ 변조기설계 또는 고급 신호 오류 수정 기술을 사용하거나 석영 기판과 같은 마이크로파 손실이 낮은 기판을 사용하는 탄탈산리튬 장치는 2Tbit/s 이상의 통신 속도를 달성할 것으로 예상됩니다. 다른 RF 필터 시장에서의 광범위한 적용으로 인한 더 낮은 복굴절 및 스케일 효과와 같은 LTOI의 특정 장점과 결합된 탄탈산 리튬 포토닉스 기술은 차세대 초고속 필터를 위한 저비용, 저전력 및 초고속 솔루션을 제공할 것입니다. - 고속 광통신 네트워크 및 마이크로파 포토닉스 시스템.
게시 시간: 2024년 12월 11일