Mae Modulators Optegol yn Addasu Arwyddion Amledd Uchel

 

Yr hunllef sy'n cyfateb i gyflymder

Dyma beth mae gwerslyfrau'n ei ddefnyddio wrth ddisgrifio teithio-wave Mach-modulators Zehnder.

Mewn lithiwm niobate, mae'r mynegai microdon yn eistedd o gwmpas 4.2 tra bod y mynegai optegol yn hofran ger 2.2. Mae'r diffyg cyfatebiaeth hwnnw'n golygu bod signalau RF a thonnau golau yn lluosogi ar gyflymder gwahanol iawn trwy'ch strwythur electrod. Ar amleddau isel, nid oes neb yn poeni - bod hyd y rhyngweithio yn ddigon byr fel bod cerdded i ffwrdd fesul cam yn parhau i fod yn ddibwys. Gwthiwch i mewn i'r drefn gigahertz ac yn sydyn mae eich modulator sydd wedi'i ddylunio'n hyfryd yn arddangos treigl lled band sy'n gwneud i'r niferoedd taflen ddata edrych fel ffantasi.

Mae'r atgyweiriad yn cynnwys peirianneg electrod cywrain. Rydych chi'n tewychu haenau clustogi, yn ehangu bylchau, yn ychwanegu strwythurau llwytho capacitive, yn y bôn unrhyw beth i arafu'r microdon tra nad yw'n dinistrio'ch effeithlonrwydd modiwleiddio yn y broses. Newidiodd lithiwm niobate ffilm tenau y gêm rhywfaint - gan gyfyngu golau i dan-tonnwysau micron yn naturiol yn lleihau'r mynegai optegol effeithiol ac yn dod â chyflymder paru o fewn cyrraedd heb y contortions dyfeisiau swmp traddodiadol sydd eu hangen.

Treuliais dri mis yn 2019 yn dadfygio dyluniad modulator 40 GHz lle roedd y lled band efelychiedig yn edrych yn hyfryd a'r ymateb mesuredig wedi'i gratio uwchlaw 25 GHz. Trodd y troseddwr yn anwythiad parasitig yn yr awyren ddaear nad oedd neb wedi'i modelu'n iawn. Tri mis.

 

Pam mae lithiwm niobate yn dal i ennill (yn bennaf)

Er gwaethaf degawdau o ddatblygiad ffotoneg lled-ddargludyddion, LiNbO₃ yw'r dewis diofyn o hyd ar gyfer modulatyddion perfformiad uchel mewn cysylltiadau ffotonig telathrebu ac RF. Nid yw'r rhesymau'n ddirgel: cyfernod r₃₃ o tua 31 pm / V, tryloywder optegol o 350 nm i 5 μm, a seilwaith saernïo aeddfed sy'n sicrhau canlyniadau cyson.

Mae -chwyldro ffilm tenau - bondio is{-haenau micron LN ar swbstradau silicon neu nitrid silicon - wedi datgloi perfformiad na allai dyfeisiau swmp ei gyflawni. Mae arddangosiadau diweddar wedi gwthio lled band 3-dB y tu hwnt i 110 GHz gyda chynhyrchion foltedd{-hyd oddeutu 2.2 V·cm. Cymharwch hynny â thywyswyr tonnau tryledol titaniwm confensiynol sy'n gofyn am 5-6 V·cm ac rydych chi'n deall pam fod pawb wedi ymddiddori'n sydyn yn TFLN tua 2018.

Ond mae gan y deunydd faterion nad yw gwerthwyr yn eu pwysleisio mewn llenyddiaeth farchnata.

 

Mae difrod ffotorefractive yn real ac yn annifyr

 

Z-torri yn erbyn X-torri: y cyfaddawd tragwyddol

Mae cyfeiriadedd grisial yn pennu a yw eich modulator chirps.

Z-torri dyfeisiau lleoli electrodau yn union uwchben ac o dan y don ganllaw, gan gynyddu gorgyffwrdd maes trydan â'r modd optegol. Rydych chi'n cael Vπ is, sy'n golygu bod angen llai o bŵer gyriant RF ar gyfer dyfnder modiwleiddio llawn. Mae'r daliad yn cynnwys modiwleiddio cam anghymesur rhwng y ddwy fraich interferomedr - pan fyddwch chi'n gwthio dwyster i lawr, rydych chi ar yr un pryd yn gosod symudiadau amlder diangen ar eich signal.

Mae cyfluniadau torri X-yn gosod electrodau wrth ymyl y canllaw ton mewn trefniant gwthio cymesurol-tynnu. Mae'r ddwy fraich yn profi sifftiau cam cyfartal a chyferbyniol. Sero chirp. Modiwleiddio osgled glân. Ond mae'r gorgyffwrdd maes yn dioddef, gan yrru mwyhaduron RF beefier Vπ uwch ac anodd.

Ar gyfer cyfathrebiadau digidol sy'n rhedeg NRZ ar 10 Gb/s, gallai chirp helpu - mewn gwirionedd, gall wneud iawn yn rhannol am wasgariad cromatig dros hydoedd ffibr penodol. Ar gyfer cysylltiadau ffotonig analog RF lle mae llinoledd yn bwysig, mae toriad X yn dod yn orfodol.

 

Mae electroamsugno yn gwneud pethau'n wahanol

Mae EAMs sy'n seiliedig ar led-ddargludyddion yn ecsbloetio sifftiau amsugno ymyl band yn hytrach na newidiadau indecs plygiannol. Cymhwyso gogwydd gwrthdro ar draws strwythur ffynnon cwantwm a redshifts ymyl amsugno trwy'r effaith cwantwm Stark cyfyngedig - mae gweithrediadau tonnau exciton yn ystumio, mae egni rhwymol yn lleihau, ac mae ffotonau a drosglwyddwyd yn flaenorol bellach yn cael eu hamsugno.

Harddwch y dull hwn: gofynion gyriant is-folt a chydnawsedd cynhenid ​​ag integreiddiad laser III-V. Gallwch ffugio'ch laser DFB a'ch modulator ar yr un sglodyn InP, gan ddileu colledion cyplu ffibr a chur pen aliniad.

Yr hylltra: sensitifrwydd tonfedd sy'n gwneud i LiNbo₃ edrych yn fand eang o'i gymharu. Mae cymarebau difodiant EAM yn cwympo os yw'ch laser yn drifftio hyd yn oed ychydig o nanometrau. Mae rheoli tymheredd yn dod yn rhywbeth na ellir ei drafod.

Hefyd, mae amsugno yn gynhenid ​​​​yn cynhyrchu ffotocurrent. Gyda phwerau optegol uchel mae'r cerrynt hwn yn addasu dosbarthiad y maes trydan ar draws y ffynhonnau cwantwm, gan achosi i effeithlonrwydd modiwleiddio ddod yn-ddibynnol ar bŵer mewn ffyrdd sy'n cymhlethu dyluniad cyswllt.

 

Beth mewn gwirionedd yn cyfyngu lled band

Mae pobl yn cyfuno sawl cyfyngiad lled band gwahanol ac mae'n creu dryswch.

Mae lled band trydanol yn dibynnu ar gysonion amser RC o gynhwysedd cyffordd a gwrthiant electrod, ynghyd ag effeithiau tonnau teithio fel diffyg cyfatebiaeth cyflymder a cholli microdon. Mae'r ffactorau hyn fel arfer yn dominyddu mewn-dyfeisiau sydd wedi'u cynllunio'n dda.

Mae lled band optegol - sy'n golygu'r amrediad tonfedd y mae effeithlonrwydd modiwleiddio yn aros yn weddol gyson drosto - yn dibynnu ar wasgariad deunydd a dyluniad canllaw tonnau. Ar gyfer dyfeisiau lithiwm niobate mae hyn fel arfer yn enfawr, yn rhychwantu cannoedd o nanometrau. Ar gyfer EAMs gallai fod yn 20-30 nm os ydych chi'n lwcus.

Mae'r amser ymateb deunydd cynhenid ​​​​ar gyfer yr effaith Pockels yn eistedd yn y drefn femtosecond. Nid oes neb erioed wedi adeiladu modulator yn ddigon cyflym i weld y terfyn hwn. Mae effaith Franz-Keldysh yn ymateb yr un mor gyflym. Pan fydd gwerthwyr yn dyfynnu "amser ymateb 1 ps" maen nhw'n sôn am newid trydanol cyfyngedig RC-, nid ffiseg sylfaenol.

 

 

Mae paru rhwystriant yn bwysicach nag y tybiwch

Mae systemau RF safonol yn tybio 50Ω ym mhobman. Mae modulatyddion optegol yn aml yn cyflwyno llwythi adweithiol sy'n amrywio gydag amledd - mae'r grisial yn ymddwyn fel cynhwysydd colledog ochr yn ochr â pha bynnag ymwrthedd electrod sy'n bodoli.

Gyrrwch-modulator amledd uchel gyda ffynhonnell heb ei chyfateb a byddwch yn gweld adlewyrchiadau sy'n niweidio mwyhaduron, tonnau sefyll sy'n creu crychdonnau ymateb dibynnol amledd, ac effeithlonrwydd cyflenwi pŵer sy'n plymio yn union pan fyddwch ei angen fwyaf.

Mae dyluniadau tonnau teithio-yn helpu trwy gyflwyno rhwystriant gwasgaredig ar hyd yr electrod. Mae gwrthyddion terfynu yn amsugno'r hyn nad yw'n cysylltu â'r maes optegol. Ond mae cyflawni gwir gêm 50Ω o DC trwy 100 GHz yn gofyn am gywirdeb efelychu sy'n gwthio offer EM masnachol i'w terfynau.

Mae modulatyddion soniarus yn defnyddio'r dull arall - gan gamgyfateb yn fwriadol i greu cylched tanc Q uchel sy'n trawsnewid folteddau mewnbwn isel i'r meysydd graddfa cilofolt sydd eu hangen ar gyfer swing Vπ llawn. Yn gweithio'n wych ar un amledd. Yn ddiwerth ar gyfer cymwysiadau band eang.

 

Y broblem drifft rhagfarn does neb eisiau ei thrafod

Cymhwyso foltedd DC i fodulator niobate lithiwm ac aros. Mae'r man gweithredu yn crwydro.

Mae hyn yn digwydd oherwydd nad yw strwythur y ddyfais yn gwbl wrthiannol - mae gennych haenau clustogi, titaniwm-rhanbarthau gwasgaredig, swbstrad heb ei dopio, pob un â dargludedd gwahanol a chysonion deuelectrig. Mae'r tâl yn ailddosbarthu dros oriau i ddyddiau, gan sgrinio'r maes cymhwysol a symud y swyddogaeth drosglwyddo.

Mae dyluniadau modulator priodol yn lleihau drifft trwy ddewis deunydd yn ofalus a rheoli'r broses saernïo. Ond nid yw "lleihau" yn golygu "dileu." Mae pob gosodiad difrifol yn cynnwys rheolwyr rhagfarn sy'n monitro allbwn optegol ac yn addasu foltedd yn barhaus i gynnal y pwynt gweithredu a ddymunir.

Mae'r effaith pyroelectrig yn ychwanegu haen arall o annifyrrwch. Mae newidiadau tymheredd yn cynhyrchu polareiddio digymell sy'n edrych yn union fel foltedd cymhwysol o safbwynt y grisial. Rhowch eich modulator ger ffynhonnell wres a gwyliwch y pwynt rhagfarn yn dawnsio o gwmpas.

 

Mae modulatyddion plasmonig yn bodoli ond yn parhau i fod yn egsotig

Mae'r traw yn swnio'n gymhellol: cyfyngu'r meysydd golau ac RF i fylchau nanoraddfa gan ddefnyddio dulliau plasmon arwyneb, gan gyflawni effeithlonrwydd modiwleiddio amhosibl gyda thonfeddi ffotonig.

Mae canlyniadau diweddar yn dangos cynhyrchion VπL o dan 0.1 V·cm gyda hyd electrod o dan 20 μm. Mae'r lled band yn cyrraedd ymhell y tu hwnt i 100 GHz oherwydd bod popeth mor fach fel bod cydweddu cyflymder yn dod yn ddibwys.

Mae'r dalfa yn golygu colled. Mae moddau plasmonig yn gwasgaru egni i wres metel. Mae colledion mewnosod o 10-15 dB fesul dyfais yn gwneud cyllidebau lefel pŵer y system yn anodd. Ac mae cyplu golau o ffibrau un modd safonol i slotiau plasmonig nanoraddfa yn gofyn am strwythurau tapr sy'n defnyddio ardal sglodion ac yn ychwanegu eu colledion eu hunain.

Ar gyfer cymwysiadau arbenigol lle mae effeithlonrwydd trwmp maint a chyflymder, mae plasmoneg yn gwneud synnwyr. Ar gyfer trosglwyddyddion telathrebu sy'n cludo miliynau o unedau, mae'r dechnoleg yn parhau i fod yn academaidd.

 

Mae ffotoneg silicon eisiau cystadlu

Mae modulatyddion disbyddu cludwyr mewn silicon yn cynnig cysondeb CMOS a dwysedd integreiddio na all lithiwm niobate ei gyfateb. Gwneuthurwch eich modulator ochr yn ochr ag electroneg gyrwyr ar yr un wafer gan ddefnyddio prosesau y mae ffowndrïau eisoes yn rhedeg ar raddfa fawr.

Mae perfformiad wedi gwella'n aruthrol - 50 Mae lled band GHz yn arferol, dangoswyd gweithrediad 85 Gbaud. Ond mae'r mecanwaith gwaelodol yn dibynnu ar amsugno cludwr am ddim a gwasgariad plasma, y ​​ddau effeithiau gwan sy'n gofyn am hyd rhyngweithio hirach neu welliant soniarus i gyflawni cymarebau difodiant rhesymol.

Mae dulliau hybrid sy'n bondio-ffilm tenau â chylchedau ffotonig silicon yn ceisio cael buddion o'r ddau fyd. Rydych chi'n cael effeithlonrwydd modiwleiddio lithiwm niobate gyda dwysedd integreiddio silicon. Mae cymhlethdod gweithgynhyrchu yn cynyddu'n gyfatebol.

 

Mae sensitifrwydd tymheredd yn amrywio'n wyllt

Mae lithiwm niobate yn arddangos cyfernodau thermo-optig cryf - tua 3.9×10⁻⁵ / gradd ar gyfer y mynegai hynod. Mae siglen 10 gradd yn symud eich gogwydd interferomedr tua chwarter tonfedd os nad ydych chi'n ofalus.

Mae modulators lled-ddargludyddion yn wynebu problemau tebyg ynghyd â sifftiau bandgap sy'n newid ymylon amsugno.

Mae'r datrysiad safonol yn cynnwys dylunio athermol (trefnu llwybrau tonnau fel bod -symudiadau cam a achosir gan dymheredd yn canslo) neu sefydlogi tymheredd gweithredol gan ddefnyddio oeryddion thermodrydanol. Nid yw'r naill ddull na'r llall yn rhad ac am ddim - mae dyluniadau anthermol yn defnyddio ardal sglodion tra bod systemau TEC yn tynnu pŵer ac yn ychwanegu moddau methiant.

Mae systemau a ddefnyddir yn y maes{0}}yn profi siglenni tymheredd amgylchynol y mae arddangosiadau labordy yn eu hanwybyddu'n gyfleus. Efallai na fydd modd defnyddio'r hyn sy'n gweithio'n hyfryd ar 25 gradd ar -40 gradd neu +85 gradd heb ymdrech beirianyddol ddifrifol.

 

Mae costau pecynnu yn dominyddu

Mae hyn yn cael ei anwybyddu yn gyson.

Gallai'r sglodyn modulator gwirioneddol gostio ychydig o ddoleri mewn cyfaint. Mae pecynnu sy'n sglodion gyda chysylltwyr RF, pigtails ffibr, ffotosynwyrydd monitro rhagfarn, rheolaeth thermol, a selio hermetig yn hawdd yn ychwanegu $ 500-2000 at y bil deunyddiau.

Mae gweithrediad amledd uchel yn gwneud pecynnu yn anos oherwydd mae pob anwythiad bond gwifren a diffyg parhad cysylltydd yn bwysig. 40 dyfeisiau GHz angen sylw gofalus i barhad awyren ddaear. 100 Mae dyfeisiau GHz yn galw am fflip-bondio sglodion neu dechnegau tebyg sy'n ychwanegu camau proses ac yn lleihau'r cynnyrch.

Mae'r diwydiant wedi gwella ar hyn dros ddau ddegawd, ond pecynnu yw'r rheswm y mae modulatyddion masnachol yn costio'r hyn y maent yn ei wneud o hyd.

 

Beth sy'n cludo mewn cyfaint mewn gwirionedd

Er gwaethaf yr holl ganlyniadau ymchwil cyffrous, mae'r farchnad telathrebu cyfaint uchel yn defnyddio dyfeisiau a fyddai wedi ymddangos yn drawiadol bum mlynedd yn ôl ac yn gyffredin heddiw yn bennaf.

Mae MZM lithiwm niobate 20-40 GHz yn dominyddu ar gyfer trawsyriant cydlynol 100G/400G. Mae modulatyddion ffotonig silicon yn ymddangos mewn rhyng-gysylltiadau datacenter lle mae integreiddio ag electroneg yn bwysicach na pherfformiad crai. Mae EAMs seiliedig ar InP-wedi'u hintegreiddio â DFBs yn gwasanaethu cymwysiadau cyrhaeddiad byr lle mae manylebau perfformiad trump cost a maint.

Mae'r arddangosiadau gwaedu-ymyl 100+ GHz yn parhau mewn labordai neu gymwysiadau arbenigol cyfaint bach. Mae cynnyrch gweithgynhyrchu, cymhwyster dibynadwyedd, a lleihau costau yn cymryd blynyddoedd i aeddfedu.

 

Nid yw dibynadwyedd yn hudolus ond mae'n hanfodol

Mae cludwyr telathrebu yn disgwyl oes maes 20 mlynedd. Mae hynny'n golygu dangos sefydlogrwydd drifft tuedd trwy heneiddio cyflymach, gan brofi bod cyfanrwydd atodiad ffibr yn goroesi beicio thermol, ac yn cymhwyso pob sêl hermetig yn erbyn mynediad lleithder.

Mae gan ddyfeisiau lithiwm niobate ddegawdau o ddata dibynadwyedd sy'n cefnogi eu defnydd mewn ceblau tanfor a chysylltiadau asgwrn cefn daearol. Mae technolegau mwy newydd yn wynebu craffu anoddach oherwydd nid yw'r dulliau methu wedi'u nodweddu'n llawn eto.

Mae un mater sy'n codi dro ar ôl tro yn ymwneud â diraddio electrod ar lefelau pŵer RF uchel. Mae mudo metel, ffurfiad ocsid, a straen mecanyddol o feicio thermol yn cynyddu'n raddol golled mewnosod a shifft Vπ. Mae profion carlam ar dymheredd uchel yn ceisio rhagweld diwedd-ymddygiad bywyd ond mae'r gydberthynas rhwng canlyniadau labordy a phrofiad maes yn parhau i fod yn amherffaith.

 

Y niferoedd sy'n bwysig

Wrth werthuso modulator ar gyfer cymwysiadau -amledd uchel, mae'r manylebau hyn yn haeddu sylw:

3-dB electro-lled band optig - nid y pwynt -6 dB y mae rhai taflenni data yn sleifio i mewn iddo. Mae'n bosibl mai dim ond 25 GHz ar -3 dB y bydd manyleb 40 GHz ar -6 dB yn ei gyflenwi.

Vπ ar eich amledd gweithredu, nid DC. Mae colli electrod a diffyg cyfatebiaeth cyflymder yn achosi Vπ i gynyddu gydag amlder yn y rhan fwyaf o gynlluniau tonnau teithio.

Colli mewnosodiad gan gynnwys cyplu ffibr. Mae rhifau lefel sglodion yn edrych yn well na rhifau dyfeisiau wedi'u pecynnu, weithiau'n ddramatig.

Cymhareb difodiant o dan fodiwleiddio, nid statig. Mae amherffeithrwydd gyriant RF a chyfyngiadau lled band yn lleihau cyferbyniad cyraeddadwy ar amleddau uchel.

Dychwelyd colled neu S11 i nodweddu ansawdd gêm rhwystriant. Mae colled dychwelyd gwael yn nodi adlewyrchiadau a fydd yn achosi problemau yn eich cadwyn RF.

Nid oes neb yn mesur popeth sydd ei angen arnoch o dan eich amodau gweithredu yn union. Mae dehongli taflenni data yn gofyn am brofiad o adnabod pa rifau sy'n trosi i'ch cais a pha rai sy'n cynrychioli'r senarios achos gorau na fyddwch byth yn eu cyflawni.

 

Cyfeiriadau yn y dyfodol a allai fod o bwys mewn gwirionedd

Mae integreiddio uwch yn parhau i wthio technoleg modulator tuag at gylchedau integredig ffotonig sy'n cyfuno laserau, modulators, mwyhaduron, ac amlblecwyr ar sglodion sengl. Mae hyn yn lleihau colledion cyplu ffibr, yn dileu cydosod cydrannau arwahanol, ac yn galluogi ymarferoldeb amhosibl gyda dyfeisiau arwahanol.

Mae'r symudiad tuag at gyfraddau baud uwch - 100+ Gbaud ar gyfer trawsyriant cydlynol - yn gofyn am led bandiau modulator y prin y mae cynhyrchion masnachol cyfredol yn eu cyflawni. Mae'n ymddangos bod dyfeisiau TFLN mewn sefyllfa i ddiwallu'r angen hwn os yw gweithgynhyrchu'n llwyddo.

Opteg wedi'i phecynnu ar y cyd sy'n gosod ffotoneg yn uniongyrchol ar switsh Mae ASICs yn cynrychioli ffin integreiddio arall. Mae'r rhyngwynebau trydanol yn dod yn fyr iawn, gan alluogi lled band uwch gyda phŵer is na'r trawslifyddion plygadwy cyfredol.

Mae p'un a yw unrhyw dechnoleg benodol yn ennill yn dibynnu llai ar berfformiad crai nag ar gost gweithgynhyrchu, aeddfedrwydd y gadwyn gyflenwi, a - cefnogi ecosystem ffactorau sy'n symud yn arafach nag y mae canlyniadau labordy yn ei awgrymu.

Mae'n debyg y bydd y modulator y byddwch chi'n ei ddefnyddio y flwyddyn nesaf yn edrych yn eithaf tebyg i'r hyn a gludwyd dair blynedd yn ôl, waeth beth mae papurau'r gynhadledd yn ei addo.