タンタルリチウム（LTOI）高速電気光学モジュレーター

タンタルリチウム（LTOI）高速電気光学変調器

5Gや人工知能（AI）などの新しいテクノロジーの広範な採用により、グローバルデータトラフィックが増加し続けています。これは、すべての光学ネットワークでトランシーバーに大きな課題をもたらします。具体的には、次世代の電気光学モジュレーター技術では、エネルギー消費とコストを削減しながら、単一チャネルでデータ転送速度を200 Gbpsに大幅に上げる必要があります。過去数年で、シリコンフォトニクス市場では、シリコンフォトニクスが成熟したCMOSプロセスを使用して大量生産できるという事実のために、光学トランシーバー市場で広く使用されてきました。ただし、キャリアの分散に依存するSOI電気光学モジュレーターは、帯域幅、消費電力、自由キャリアの吸収、変調の非線形性に大きな課題に直面しています。業界のその他の技術ルートには、INP、薄膜Niobate LNOIリチウム、電気光学ポリマー、およびその他のマルチプラットフォームの異種統合ソリューションが含まれます。 LNOIは、超高速および低電力変調で最高のパフォーマンスを達成できるソリューションであると考えられていますが、現在、大量生産プロセスとコストに関していくつかの課題があります。最近、チームは、多くのアプリケーションでニオベートリチウムおよびシリコン光プラットフォームのパフォーマンスに合わせたり、それを超えると予想される、優れた光電特性と大規模な製造を備えた薄膜タンタル（LTOI）統合フォトニックプラットフォームを立ち上げました。ただし、これまで、コアデバイス光学通信、超高速電気光学変調器は、LTOIで検証されていません。

この研究では、研究者は最初にLTOI電気光学変調器を設計しました。その構造を図1に示します。絶縁体上のリチウムタンタル酸リチウムの各層の構造の設計と、マイクロ波電極のパラメーター、マイクロ波と光波の伝播速度マッチングを介して設計します。電気光学変調器実現します。マイクロ波電極の損失を減らすという点では、この研究の研究者は、導電率が向上した電極材料としての銀の使用を初めて提案し、銀電極は、広く使用されている金電極と比較してマイクロ波損失を82％に減らすことが示されました。

イチジク。 1 LTOI電気光学変調器構造、位相マッチング設計、マイクロ波電極損失試験。

イチジク。 2は、実験装置とLTOI電気光学変調器の結果を示しています強度変調光学通信システムの直接検出（IMDD）。実験は、LTOI電気光学モジュレーターが176 GBDの符号レートでPAM8信号を25％SD-FECしきい値を3.8×10 µmothより下回る176 GBDの符号レートで送信できることを示しています。 200 GBD PAM4と208 GBD PAM2の両方で、BERは15％SD-FECおよび7％HD-FECのしきい値よりも有意に低かった。図3の眼とヒストグラムのテスト結果は、LTOI電気光学変調器が高速通信システムで高速通信システムで使用できることを視覚的に示しています。

イチジク。 2 LTOI電気光学モジュレーターを使用した実験強度変調光学通信システム（a）実験デバイスの直接検出（IMDD）; （b）符号レートの関数としてのPAM8（赤）、PAM4（緑）、およびPAM2（青）シグナルの測定ビットエラー率（BER）。 （c）抽出された使用可能な情報レート（AIR、破線）および関連するネットデータレート（NDR、ソリッドライン）の測定値は、ビットエラーレート値を25％SD-FEC制限を下回る。 （d）PAM2、PAM4、PAM8変調に基づくアイマップと統計ヒストグラム。

この作業は、110 GHzの3 dB帯域幅を持つ最初の高速LTOI電気光学モジュレーターを示しています。強度変調直接検出IMDD伝送実験では、デバイスは405 GBIT/sの単一キャリアネットデータレートを実現します。これは、LNOIやプラズマモジュレーターなどの既存の電気光学プラットフォームの最高のパフォーマンスに匹敵します。将来的には、より複雑なものを使用しますIQモジュレーター設計またはより高度な信号誤差補正技術、または石英基板などの低マイクロ波損失基板を使用すると、リチウムタンタル酸塩デバイスは、2 Tbit/s以上の通信率を達成することが期待されています。他のRFフィルター市場での広範なアプリケーションにより、より低い複屈折やスケール効果などのLTOIの特定の利点と組み合わせると、リチウムタンタル酸フォトニクス技術は、低コスト、低電力、および超高速ソリューションを提供し、次世代高速光通信ネットワークおよびマイクロ波の光学システムを提供します。