లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) హై స్పీడ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) హై స్పీడ్ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

5G మరియు ఆర్టిఫిషియల్ ఇంటెలిజెన్స్ (AI) వంటి కొత్త టెక్నాలజీల విస్తృత వినియోగం కారణంగా ప్రపంచవ్యాప్తంగా డేటా ట్రాఫిక్ పెరుగుతూనే ఉంది, ఇది ఆప్టికల్ నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క అన్ని స్థాయిలలోని ట్రాన్స్‌సీవర్‌లకు గణనీయమైన సవాళ్లను విసురుతోంది. ప్రత్యేకంగా, తదుపరి తరం ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ టెక్నాలజీకి, శక్తి వినియోగం మరియు ఖర్చులను తగ్గిస్తూనే, ఒకే ఛానెల్‌లో డేటా బదిలీ రేట్లను 200 Gbpsకి గణనీయంగా పెంచడం అవసరం. గత కొన్ని సంవత్సరాలుగా, ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్ మార్కెట్‌లో సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ టెక్నాలజీ విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది, దీనికి ప్రధాన కారణం, పరిణతి చెందిన CMOS ప్రక్రియను ఉపయోగించి సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్‌ను భారీ స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయగలగడం. అయితే, క్యారియర్ డిస్పర్షన్‌పై ఆధారపడే SOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్లు బ్యాండ్‌విడ్త్, విద్యుత్ వినియోగం, ఫ్రీ క్యారియర్ అబ్సార్ప్షన్ మరియు మాడ్యులేషన్ నాన్‌లీనియారిటీలో గొప్ప సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి. ఈ పరిశ్రమలోని ఇతర టెక్నాలజీ మార్గాలలో InP, థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ LNOI, ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ పాలిమర్‌లు మరియు ఇతర మల్టీ-ప్లాట్‌ఫామ్ హెటెరోజీనియస్ ఇంటిగ్రేషన్ సొల్యూషన్‌లు ఉన్నాయి. LNOI అనేది అత్యంత వేగవంతమైన మరియు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగంతో కూడిన మాడ్యులేషన్‌లో ఉత్తమ పనితీరును సాధించగల పరిష్కారంగా పరిగణించబడుతుంది, అయితే, ప్రస్తుతం ఇది భారీ ఉత్పత్తి ప్రక్రియ మరియు ఖర్చు పరంగా కొన్ని సవాళ్లను ఎదుర్కొంటోంది. ఇటీవల, ఈ బృందం అద్భుతమైన ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ లక్షణాలు మరియు భారీ-స్థాయి తయారీ సామర్థ్యంతో కూడిన ఒక పలుచని పొర లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) సమీకృత ఫోటోనిక్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను ప్రారంభించింది. ఇది అనేక అనువర్తనాలలో లిథియం నియోబేట్ మరియు సిలికాన్ ఆప్టికల్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ల పనితీరుకు సమానంగా లేదా వాటిని మించిపోతుందని భావిస్తున్నారు. అయితే, ఇప్పటి వరకు, దీని ప్రధాన పరికరంఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్అతి-అధిక వేగవంతమైన ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్, LTOIలో ధృవీకరించబడలేదు.

ఈ అధ్యయనంలో, పరిశోధకులు మొదట LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను రూపొందించారు, దీని నిర్మాణం పటం 1లో చూపబడింది. ఇన్సులేటర్‌పై ఉన్న లిథియం టాంటలేట్ యొక్క ప్రతి పొర నిర్మాణం మరియు మైక్రోవేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ పారామితుల రూపకల్పన ద్వారా, మైక్రోవేవ్ మరియు కాంతి తరంగాల ప్రసార వేగం సరిపోలడం గమనించబడింది.ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్మైక్రోవేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ నష్టాన్ని తగ్గించే విషయంలో, ఈ పరిశోధనలోని పరిశోధకులు మెరుగైన వాహకత్వం గల వెండిని ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగించాలని మొదటిసారిగా ప్రతిపాదించారు. విస్తృతంగా ఉపయోగించే బంగారు ఎలక్ట్రోడ్‌తో పోలిస్తే, వెండి ఎలక్ట్రోడ్ మైక్రోవేవ్ నష్టాన్ని 82% వరకు తగ్గిస్తుందని నిరూపించబడింది.

పటం 1. LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ నిర్మాణం, ఫేజ్ మ్యాచింగ్ డిజైన్, మైక్రోవేవ్ ఎలక్ట్రోడ్ నష్ట పరీక్ష.

పటం 2, LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ యొక్క ప్రయోగాత్మక పరికరాన్ని మరియు ఫలితాలను చూపిస్తుంది.తీవ్రత మాడ్యులేట్ చేయబడిందిఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్‌లో డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ (IMDD). ఈ ప్రయోగాలు LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ 176 GBd సైన్ రేటుతో PAM8 సిగ్నల్స్‌ను ప్రసారం చేయగలదని, మరియు దాని కొలవబడిన BER 3.8×10⁻²గా 25% SD-FEC థ్రెషోల్డ్ కంటే తక్కువగా ఉందని చూపిస్తున్నాయి. 200 GBd PAM4 మరియు 208 GBd PAM2 రెండింటికీ, BER 15% SD-FEC మరియు 7% HD-FEC థ్రెషోల్డ్ కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంది. చిత్రం 3లోని ఐ మరియు హిస్టోగ్రామ్ పరీక్ష ఫలితాలు, LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను అధిక లీనియారిటీ మరియు తక్కువ బిట్ ఎర్రర్ రేటుతో హై-స్పీడ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్‌లో ఉపయోగించవచ్చని దృశ్యమానంగా నిరూపిస్తున్నాయి.

పటం 2. LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను ఉపయోగించి చేసిన ప్రయోగంతీవ్రత మాడ్యులేట్ చేయబడిందిఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లో డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ (IMDD) (ఎ) ప్రయోగాత్మక పరికరం; (బి) సైన్ రేటు యొక్క ఫంక్షన్‌గా PAM8(ఎరుపు), PAM4(ఆకుపచ్చ) మరియు PAM2(నీలం) సిగ్నల్స్ యొక్క కొలవబడిన బిట్ ఎర్రర్ రేట్ (BER); (సి) 25% SD-FEC పరిమితి కంటే తక్కువ బిట్-ఎర్రర్ రేట్ విలువలతో కొలతల కోసం సంగ్రహించబడిన ఉపయోగపడే సమాచార రేటు (AIR, చుక్కల గీత) మరియు సంబంధిత నికర డేటా రేటు (NDR, నిరంతర గీత); (డి) PAM2, PAM4, PAM8 మాడ్యులేషన్ కింద ఐ మ్యాప్‌లు మరియు గణాంక హిస్టోగ్రామ్‌లు.

ఈ పరిశోధన 110 GHz 3 dB బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో కూడిన మొట్టమొదటి హై-స్పీడ్ LTOI ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది. ఇంటెన్సిటీ మాడ్యులేషన్ డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ IMDD ట్రాన్స్‌మిషన్ ప్రయోగాలలో, ఈ పరికరం 405 Gbit/s సింగిల్ క్యారియర్ నెట్ డేటా రేటును సాధించింది, ఇది LNOI మరియు ప్లాస్మా మాడ్యులేటర్ల వంటి ఇప్పటికే ఉన్న ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌ల ఉత్తమ పనితీరుకు సమానంగా ఉంది. భవిష్యత్తులో, మరింత సంక్లిష్టమైన వాటిని ఉపయోగించి...IQ మాడ్యులేటర్డిజైన్‌లు లేదా మరింత అధునాతన సిగ్నల్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ టెక్నిక్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా, లేదా క్వార్ట్జ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల వంటి తక్కువ మైక్రోవేవ్ లాస్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా, లిథియం టాంటలేట్ పరికరాలు 2 Tbit/s లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కమ్యూనికేషన్ రేట్లను సాధిస్తాయని అంచనా వేయబడింది. తక్కువ బైరిఫ్రింజెన్స్ మరియు ఇతర RF ఫిల్టర్ మార్కెట్‌లలో దీని విస్తృత అనువర్తనం కారణంగా ఏర్పడే స్కేల్ ఎఫెక్ట్ వంటి LTOI యొక్క నిర్దిష్ట ప్రయోజనాలతో కలిపి, లిథియం టాంటలేట్ ఫోటోనిక్స్ టెక్నాలజీ తదుపరి తరం హై-స్పీడ్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్‌లు మరియు మైక్రోవేవ్ ఫోటోనిక్స్ సిస్టమ్‌ల కోసం తక్కువ-ధర, తక్కువ-శక్తి మరియు అత్యంత-వేగవంతమైన పరిష్కారాలను అందిస్తుంది.