లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) హై స్పీడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) హై స్పీడ్ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

5G మరియు ఆర్టిఫిషియల్ ఇంటెలిజెన్స్ (AI) వంటి కొత్త టెక్నాలజీలను విస్తృతంగా స్వీకరించడం ద్వారా గ్లోబల్ డేటా ట్రాఫిక్ పెరుగుతూనే ఉంది, ఇది ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క అన్ని స్థాయిలలో ట్రాన్స్‌సీవర్‌లకు గణనీయమైన సవాళ్లను కలిగిస్తుంది. ప్రత్యేకంగా, తదుపరి తరం ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ టెక్నాలజీకి శక్తి వినియోగం మరియు ఖర్చులను తగ్గిస్తూ ఒకే ఛానెల్‌లో 200 Gbpsకి డేటా బదిలీ రేట్లలో గణనీయమైన పెరుగుదల అవసరం. గత కొన్ని సంవత్సరాలుగా, సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ టెక్నాలజీ ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్ మార్కెట్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది, ప్రధానంగా పరిణతి చెందిన CMOS ప్రక్రియను ఉపయోగించి సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్‌ను భారీగా ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. అయితే, క్యారియర్ డిస్పర్షన్‌పై ఆధారపడే SOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌లు బ్యాండ్‌విడ్త్, విద్యుత్ వినియోగం, ఉచిత క్యారియర్ శోషణ మరియు మాడ్యులేషన్ నాన్‌లీనియారిటీలో గొప్ప సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి. పరిశ్రమలోని ఇతర సాంకేతిక మార్గాలలో InP, థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ LNOI, ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ పాలిమర్‌లు మరియు ఇతర బహుళ-ప్లాట్‌ఫారమ్ వైవిధ్య ఇంటిగ్రేషన్ సొల్యూషన్‌లు ఉన్నాయి. అల్ట్రా-హై స్పీడ్ మరియు తక్కువ పవర్ మాడ్యులేషన్‌లో ఉత్తమ పనితీరును సాధించగల పరిష్కారంగా LNOI పరిగణించబడుతుంది, అయితే, ఇది ప్రస్తుతం మాస్ ప్రొడక్షన్ ప్రాసెస్ మరియు ఖర్చు పరంగా కొన్ని సవాళ్లను కలిగి ఉంది. ఇటీవల, బృందం అద్భుతమైన ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ లక్షణాలు మరియు పెద్ద-స్థాయి తయారీతో కూడిన సన్నని ఫిల్మ్ లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫోటోనిక్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను ప్రారంభించింది, ఇది అనేక అనువర్తనాల్లో లిథియం నియోబేట్ మరియు సిలికాన్ ఆప్టికల్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ల పనితీరుకు సరిపోలుతుందని లేదా మించిపోతుందని భావిస్తున్నారు. అయితే, ఇప్పటి వరకు, ప్రధాన పరికరంఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్, అల్ట్రా-హై స్పీడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్, LTOIలో ధృవీకరించబడలేదు.

ఈ అధ్యయనంలో, పరిశోధకులు మొదట LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను రూపొందించారు, దీని నిర్మాణం చిత్రం 1లో చూపబడింది. ఇన్సులేటర్‌పై లిథియం టాంటలేట్ యొక్క ప్రతి పొర నిర్మాణం మరియు మైక్రోవేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క పారామితుల రూపకల్పన ద్వారా, మైక్రోవేవ్ మరియు కాంతి తరంగం యొక్క ప్రచార వేగం సరిపోలికఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్మైక్రోవేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ నష్టాన్ని తగ్గించే విషయంలో, ఈ పనిలో పరిశోధకులు మొదటిసారిగా వెండిని మెరుగైన వాహకత కలిగిన ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించారు మరియు విస్తృతంగా ఉపయోగించే బంగారు ఎలక్ట్రోడ్‌తో పోలిస్తే వెండి ఎలక్ట్రోడ్ మైక్రోవేవ్ నష్టాన్ని 82%కి తగ్గిస్తుందని చూపబడింది.

చిత్రం 1 LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ నిర్మాణం, దశ సరిపోలిక డిజైన్, మైక్రోవేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ నష్ట పరీక్ష.

FIG. 2 LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ యొక్క ప్రయోగాత్మక ఉపకరణం మరియు ఫలితాలను చూపిస్తుందితీవ్రత మాడ్యులేట్ చేయబడిందిఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్‌లో డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ (IMDD). LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ 25% SD-FEC థ్రెషోల్డ్ కంటే 3.8×10⁻² కొలిచిన BERతో 176 GBd సంకేత రేటుతో PAM8 సిగ్నల్‌లను ప్రసారం చేయగలదని ప్రయోగాలు చూపిస్తున్నాయి. 200 GBd PAM4 మరియు 208 GBd PAM2 రెండింటికీ, BER 15% SD-FEC మరియు 7% HD-FEC థ్రెషోల్డ్ కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంది. చిత్రం 3లోని కంటి మరియు హిస్టోగ్రామ్ పరీక్ష ఫలితాలు LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను అధిక లీనియరిటీ మరియు తక్కువ బిట్ ఎర్రర్ రేట్‌తో హై-స్పీడ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లలో ఉపయోగించవచ్చని దృశ్యమానంగా చూపిస్తున్నాయి.

చిత్రం 2 LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ని ఉపయోగించి ప్రయోగంతీవ్రత మాడ్యులేట్ చేయబడిందిఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లో డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ (IMDD) (ఎ) ప్రయోగాత్మక పరికరం; (బి) సంకేత రేటు యొక్క విధిగా PAM8(ఎరుపు), PAM4(ఆకుపచ్చ) మరియు PAM2(నీలం) సిగ్నల్‌ల యొక్క కొలిచిన బిట్ ఎర్రర్ రేట్ (BER); (సి) 25% SD-FEC పరిమితి కంటే తక్కువ బిట్-ఎర్రర్ రేట్ విలువలతో కొలతల కోసం సంగ్రహించబడిన ఉపయోగించదగిన సమాచార రేటు (AIR, డాష్డ్ లైన్) మరియు అనుబంధ నికర డేటా రేటు (NDR, సాలిడ్ లైన్); (డి) PAM2, PAM4, PAM8 మాడ్యులేషన్ కింద కంటి మ్యాప్‌లు మరియు గణాంక హిస్టోగ్రామ్‌లు.

ఈ పని 110 GHz యొక్క 3 dB బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో మొదటి హై-స్పీడ్ LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది. ఇంటెన్సిటీ మాడ్యులేషన్ డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ IMDD ట్రాన్స్‌మిషన్ ప్రయోగాలలో, పరికరం 405 Gbit/s సింగిల్ క్యారియర్ నికర డేటా రేటును సాధిస్తుంది, ఇది LNOI మరియు ప్లాస్మా మాడ్యులేటర్‌ల వంటి ప్రస్తుత ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ల యొక్క ఉత్తమ పనితీరుతో పోల్చదగినది. భవిష్యత్తులో, మరింత సంక్లిష్టమైనIQ మాడ్యులేటర్డిజైన్లు లేదా మరింత అధునాతన సిగ్నల్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ టెక్నిక్‌లు, లేదా క్వార్ట్జ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల వంటి తక్కువ మైక్రోవేవ్ లాస్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఉపయోగించి, లిథియం టాంటలేట్ పరికరాలు 2 Tbit/s లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కమ్యూనికేషన్ రేట్లను సాధించగలవని భావిస్తున్నారు. ఇతర RF ఫిల్టర్ మార్కెట్‌లలో దాని విస్తృత అప్లికేషన్ కారణంగా తక్కువ బైర్‌ఫ్రింగెన్స్ మరియు స్కేల్ ఎఫెక్ట్ వంటి LTOI యొక్క నిర్దిష్ట ప్రయోజనాలతో కలిపి, లిథియం టాంటలేట్ ఫోటోనిక్స్ టెక్నాలజీ తదుపరి తరం హై-స్పీడ్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్‌లు మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటోనిక్స్ సిస్టమ్‌లకు తక్కువ-ధర, తక్కువ-శక్తి మరియు అల్ట్రా-హై-స్పీడ్ పరిష్కారాలను అందిస్తుంది.