ลิเธียมแทนทาเลต (LTOI) โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกความเร็วสูง

ลิเธียมแทนทาเลต (LTOI) ความเร็วสูงโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าแก้วนำแสง

การรับส่งข้อมูลทั่วโลกยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง โดยได้แรงหนุนจากการนำเทคโนโลยีใหม่ๆ มาใช้อย่างกว้างขวาง เช่น 5G และปัญญาประดิษฐ์ (AI) ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายที่สำคัญสำหรับตัวรับส่งสัญญาณในเครือข่ายออปติกทุกระดับ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เทคโนโลยีโมดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกเจเนอเรชันถัดไปต้องการอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่เพิ่มขึ้นอย่างมากเป็น 200 Gbps ในช่องสัญญาณเดียว ในขณะที่ลดการใช้พลังงานและต้นทุน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาดตัวรับส่งสัญญาณแสง สาเหตุหลักมาจากความจริงที่ว่าซิลิคอนโฟโตนิกส์สามารถผลิตได้จำนวนมากโดยใช้กระบวนการ CMOS ที่เป็นผู้ใหญ่ อย่างไรก็ตาม โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก SOI ที่ต้องอาศัยการกระจายตัวของพาหะต้องเผชิญกับความท้าทายอย่างมากในด้านแบนด์วิธ การใช้พลังงาน การดูดซับของพาหะอิสระ และความไม่เชิงเส้นของการมอดูเลต เส้นทางเทคโนโลยีอื่นๆ ในอุตสาหกรรม ได้แก่ InP, ลิเธียมไนโอเบต LNOI แบบฟิล์มบาง, โพลีเมอร์อิเล็กโทรออปติก และโซลูชันการบูรณาการที่ต่างกันหลายแพลตฟอร์มอื่นๆ LNOI ถือเป็นโซลูชันที่สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในการปรับความเร็วสูงพิเศษและพลังงานต่ำ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีความท้าทายบางประการในแง่ของกระบวนการผลิตและต้นทุนจำนวนมาก เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานได้เปิดตัวแพลตฟอร์มโฟโตนิกแบบรวมลิเธียมแทนทาเลต (LTOI) แบบฟิล์มบางที่มีคุณสมบัติโฟโตอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยมและการผลิตขนาดใหญ่ ซึ่งคาดว่าจะเข้ากันได้หรือเหนือกว่าประสิทธิภาพของแพลตฟอร์มลิเธียมไนโอเบตและซิลิคอนออปติคอลในการใช้งานหลายๆ อย่าง อย่างไรก็ตามจนถึงขณะนี้อุปกรณ์หลักของการสื่อสารด้วยแสงซึ่งเป็นโมดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกความเร็วสูงพิเศษยังไม่ได้รับการตรวจสอบใน LTOI

 

ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้ออกแบบโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOI เป็นครั้งแรก ซึ่งมีโครงสร้างแสดงในรูปที่ 1 ผ่านการออกแบบโครงสร้างของแต่ละชั้นของลิเธียมแทนทาเลตบนฉนวนและพารามิเตอร์ของอิเล็กโทรดไมโครเวฟ การแพร่กระจาย การจับคู่ความเร็วของไมโครเวฟและคลื่นแสงในโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าแสงได้รับการตระหนัก ในแง่ของการลดการสูญเสียอิเล็กโทรดไมโครเวฟ นักวิจัยในงานนี้เสนอให้ใช้เงินเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีค่าการนำไฟฟ้าดีกว่าเป็นครั้งแรก และแสดงให้เห็นว่าอิเล็กโทรดเงินช่วยลดการสูญเสียคลื่นไมโครเวฟได้ถึง 82% เมื่อเทียบกับ อิเล็กโทรดทองคำที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

มะเดื่อ. 1 โครงสร้างโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOI, การออกแบบการจับคู่เฟส, การทดสอบการสูญเสียอิเล็กโทรดไมโครเวฟ

มะเดื่อ. รูปที่ 2 แสดงอุปกรณ์การทดลองและผลลัพธ์ของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOIปรับความเข้มการตรวจจับโดยตรง (IMDD) ในระบบสื่อสารด้วยแสง การทดลองแสดงให้เห็นว่าโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOI สามารถส่งสัญญาณ PAM8 ที่อัตราสัญญาณ 176 GBd โดยมี BER ที่วัดได้ 3.8×10⁻² ต่ำกว่าเกณฑ์ SD-FEC 25% สำหรับทั้ง PAM4 ขนาด 200 GBd และ PAM2 ขนาด 208 GBd นั้น BER ต่ำกว่าเกณฑ์ SD-FEC 15% และ HD-FEC 7% อย่างมีนัยสำคัญ ผลการทดสอบตาและฮิสโตแกรมในรูปที่ 3 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOI สามารถใช้ในระบบสื่อสารความเร็วสูงที่มีความเป็นเส้นตรงสูงและอัตราข้อผิดพลาดบิตต่ำ

 

มะเดื่อ. 2 การทดลองโดยใช้โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOI สำหรับปรับความเข้มแล้วการตรวจจับโดยตรง (IMDD) ในระบบสื่อสารด้วยแสง (a) อุปกรณ์ทดลอง; (b) อัตราความผิดพลาดบิตที่วัดได้ (BER) ของสัญญาณ PAM8 (สีแดง), PAM4 (สีเขียว) และ PAM2 (สีน้ำเงิน) เป็นฟังก์ชันของอัตราสัญญาณ (c) แยกอัตราข้อมูลที่ใช้งานได้ (AIR, เส้นประ) และอัตราข้อมูลสุทธิที่เกี่ยวข้อง (NDR, เส้นทึบ) สำหรับการวัดที่มีค่าอัตราข้อผิดพลาดบิตต่ำกว่าขีดจำกัด SD-FEC 25% (d) แผนที่ตาและฮิสโตแกรมทางสถิติภายใต้การปรับ PAM2, PAM4, PAM8

 

งานนี้สาธิตโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก LTOI ความเร็วสูงตัวแรกที่มีแบนด์วิดท์ 3 dB ที่ 110 GHz ในการทดลองการส่งผ่านการตรวจจับโดยตรงของการปรับความเข้มของแสง IMDD อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับอัตราข้อมูลสุทธิของพาหะเดียวที่ 405 Gbit/s ซึ่งเทียบได้กับประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของแพลตฟอร์มอิเล็กโทรออปติคอลที่มีอยู่ เช่น LNOI และพลาสมาโมดูเลเตอร์ ในอนาคตการใช้งานที่ซับซ้อนมากขึ้นโมดูเลเตอร์ไอคิวการออกแบบหรือเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดของสัญญาณขั้นสูงเพิ่มเติม หรือใช้ซับสเตรตที่สูญเสียไมโครเวฟต่ำ เช่น พื้นผิวควอทซ์ อุปกรณ์ลิเธียมแทนทาเลต คาดว่าจะได้รับอัตราการสื่อสารที่ 2 Tbit/s หรือสูงกว่า เมื่อรวมกับข้อได้เปรียบเฉพาะของ LTOI เช่น การหักเหของแสงที่ต่ำกว่า และเอฟเฟกต์ขนาดเนื่องจากการใช้งานอย่างแพร่หลายในตลาดตัวกรอง RF อื่นๆ เทคโนโลยีลิเธียมแทนทาเลตโฟโตนิกส์จะมอบโซลูชันต้นทุนต่ำ พลังงานต่ำ และความเร็วสูงพิเศษสำหรับเทคโนโลยีสูงรุ่นต่อไป - เครือข่ายการสื่อสารด้วยแสงความเร็วและระบบโฟโตนิกส์ไมโครเวฟ


เวลาโพสต์: Dec-11-2024