ຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງຄວາມໄວສູງ Lithium tantalate (LTOI)

ລິທຽມແທນທາເລດ (LTOI) ຄວາມໄວສູງຕົວປັບສັນຍານເອເລັກໂຕຣ-ອໍບຕິກ

ການຈະລາຈອນຂໍ້ມູນທົ່ວໂລກຍັງສືບຕໍ່ເຕີບໂຕ, ໂດຍໄດ້ຮັບແຮງຂັບເຄື່ອນຈາກການຮັບຮອງເອົາເຕັກໂນໂລຢີໃໝ່ຢ່າງກວ້າງຂວາງເຊັ່ນ 5G ແລະປັນຍາປະດິດ (AI), ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສຳຄັນສຳລັບເຄື່ອງຮັບສົ່ງສັນຍານໃນທຸກລະດັບຂອງເຄືອຂ່າຍແສງ. ໂດຍສະເພາະ, ເຕັກໂນໂລຢີໂມດູເລເອເລັກໂຕຣອອບຕິກລຸ້ນຕໍ່ໄປຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນອັດຕາການໂອນຂໍ້ມູນເປັນ 200 Gbps ໃນຊ່ອງທາງດຽວ ໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນການໃຊ້ພະລັງງານ ແລະ ຕົ້ນທຶນ. ໃນສອງສາມປີຜ່ານມາ, ເຕັກໂນໂລຢີຊິລິກອນໂຟໂຕນິກໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຕະຫຼາດເຄື່ອງຮັບສົ່ງສັນຍານແສງ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນຄວາມຈິງທີ່ວ່າຊິລິກອນໂຟໂຕນິກສາມາດຜະລິດໄດ້ເປັນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍໂດຍໃຊ້ຂະບວນການ CMOS ທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເຄື່ອງໂມດູເລເອເລັກໂຕຣອອບຕິກ SOI ທີ່ອີງໃສ່ການກະຈາຍຕົວຂອງພາຫະນະປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນແບນວິດ, ການໃຊ້ພະລັງງານ, ການດູດຊຶມພາຫະນະເສລີ ແລະ ໂມດູເລທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່. ເສັ້ນທາງເຕັກໂນໂລຢີອື່ນໆໃນອຸດສາຫະກຳລວມມີ InP, ລີທຽມໄນໂອເບດ LNOI ຟິມບາງ, ໂພລີເມີເອເລັກໂຕຣອອບຕິກ, ແລະວິທີແກ້ໄຂການເຊື່ອມໂຍງທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບຫຼາຍແພລດຟອມອື່ນໆ. LNOI ຖືກຖືວ່າເປັນວິທີແກ້ໄຂທີ່ສາມາດບັນລຸປະສິດທິພາບທີ່ດີທີ່ສຸດໃນຄວາມໄວສູງພິເສດ ແລະ ໂມດູເລພະລັງງານຕ່ຳ, ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ປະຈຸບັນມັນມີສິ່ງທ້າທາຍບາງຢ່າງໃນແງ່ຂອງຂະບວນການຜະລິດເປັນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ຕົ້ນທຶນ. ເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້, ທີມງານໄດ້ເປີດຕົວແພລດຟອມໂຟໂຕນິກປະສົມປະສານຟິມບາງລີທຽມແທນທາເລດ (LTOI) ທີ່ມີຄຸນສົມບັດໂຟໂຕໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດ ແລະ ການຜະລິດຂະໜາດໃຫຍ່, ເຊິ່ງຄາດວ່າຈະທຽບເທົ່າ ຫຼື ແມ່ນແຕ່ເກີນປະສິດທິພາບຂອງແພລດຟອມອໍໂຕນິກລີທຽມໄນໂອເບດ ແລະ ຊິລິກອນໃນຫຼາຍໆການນຳໃຊ້. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຈົນເຖິງປະຈຸບັນ, ອຸປະກອນຫຼັກຂອງການສື່ສານທາງແສງ, ຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງຄວາມໄວສູງພິເສດ, ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຮັບການຢັ້ງຢືນໃນ LTOI.

ໃນການສຶກສາຄັ້ງນີ້, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ອອກແບບຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງ LTOI ກ່ອນ, ເຊິ່ງໂຄງສ້າງດັ່ງກ່າວສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1. ຜ່ານການອອກແບບໂຄງສ້າງຂອງແຕ່ລະຊັ້ນຂອງ lithium tantalate ເທິງຕົວກັນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ພາລາມິເຕີຂອງຂົ້ວໄຟຟ້າໄມໂຄເວຟ, ການຈັບຄູ່ຄວາມໄວໃນການແຜ່ກະຈາຍຂອງໄມໂຄເວຟ ແລະ ຄື້ນແສງໃນຕົວປັບສັນຍານໄຟຟ້າ-ແສງໄດ້ຮັບການຮັບຮູ້. ໃນແງ່ຂອງການຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍຂອງເອເລັກໂຕຣດໄມໂຄເວຟ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໃນວຽກງານນີ້ເປັນຄັ້ງທຳອິດທີ່ໄດ້ສະເໜີໃຫ້ໃຊ້ເງິນເປັນວັດສະດຸເອເລັກໂຕຣດທີ່ມີຄວາມນຳໄຟຟ້າໄດ້ດີກວ່າ, ແລະເອເລັກໂຕຣດເງິນໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສາມາດຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍໄມໂຄເວຟໄດ້ເຖິງ 82% ເມື່ອທຽບກັບເອເລັກໂຕຣດຄຳທີ່ໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

ຮູບທີ 1 ໂຄງສ້າງໂມດູເລເຕີໄຟຟ້າແສງ LTOI, ການອອກແບບການຈັບຄູ່ເຟສ, ການທົດສອບການສູນເສຍເອເລັກໂຕຣດໄມໂຄເວຟ.

ຮູບທີ 2 ສະແດງໃຫ້ເຫັນອຸປະກອນການທົດລອງ ແລະ ຜົນໄດ້ຮັບຂອງຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງ LTOI ສຳລັບຄວາມເຂັ້ມທີ່ຖືກປັບການກວດຈັບໂດຍກົງ (IMDD) ໃນລະບົບການສື່ສານທາງແສງ. ການທົດລອງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງ LTOI ສາມາດສົ່ງສັນຍານ PAM8 ໃນອັດຕາສັນຍານ 176 GBd ດ້ວຍ BER ທີ່ວັດແທກໄດ້ 3.8×10⁻² ຕ່ຳກວ່າຂອບເຂດ SD-FEC 25%. ສຳລັບທັງ PAM4 200 GBd ແລະ PAM2 208 GBd, BER ຕ່ຳກວ່າຂອບເຂດ SD-FEC 15% ແລະ HD-FEC 7% ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຜົນການທົດສອບຕາ ແລະ ຮິສໂຕແກຣມໃນຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນດ້ວຍສາຍຕາວ່າຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງ LTOI ສາມາດໃຊ້ໄດ້ໃນລະບົບການສື່ສານຄວາມໄວສູງທີ່ມີຄວາມເປັນເສັ້ນຊື່ສູງ ແລະ ອັດຕາຄວາມຜິດພາດບິດຕ່ຳ.

ຮູບທີ 2 ການທົດລອງໂດຍໃຊ້ຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງ LTOI ສຳລັບຄວາມເຂັ້ມຖືກປັບປ່ຽນການກວດຈັບໂດຍກົງ (IMDD) ໃນລະບົບການສື່ສານທາງແສງ (ກ) ອຸປະກອນທົດລອງ; (ຂ) ອັດຕາຄວາມຜິດພາດບິດທີ່ວັດແທກໄດ້ (BER) ຂອງສັນຍານ PAM8 (ສີແດງ), PAM4 (ສີຂຽວ) ແລະ PAM2 (ສີຟ້າ) ເປັນໜ້າທີ່ຂອງອັດຕາສັນຍາລັກ; (ຄ) ອັດຕາຂໍ້ມູນທີ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ສະກັດ (AIR, ເສັ້ນປະ) ແລະອັດຕາຂໍ້ມູນສຸດທິທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ (NDR, ເສັ້ນທຶບ) ສຳລັບການວັດແທກທີ່ມີຄ່າອັດຕາຄວາມຜິດພາດບິດຕ່ຳກວ່າຂີດຈຳກັດ SD-FEC 25%; (ງ) ແຜນທີ່ຕາ ແລະ ຮິສໂຕແກຣມສະຖິຕິພາຍໃຕ້ການປັບປ່ຽນ PAM2, PAM4, PAM8.

ວຽກງານນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຕົວດັດແປງໄຟຟ້າແສງ LTOI ຄວາມໄວສູງເຄື່ອງທຳອິດທີ່ມີແບນວິດ 3 dB ຂອງ 110 GHz. ໃນການທົດລອງການສົ່ງສັນຍານ IMDD ການກວດຈັບໂດຍກົງແບບ intensity modulation, ອຸປະກອນດັ່ງກ່າວບັນລຸອັດຕາຂໍ້ມູນສຸດທິຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການດຽວທີ່ 405 Gbit/s, ເຊິ່ງສາມາດປຽບທຽບໄດ້ກັບປະສິດທິພາບທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງແພລດຟອມໄຟຟ້າແສງທີ່ມີຢູ່ແລ້ວເຊັ່ນ LNOI ແລະຕົວດັດແປງ plasma. ໃນອະນາຄົດ, ການໃຊ້ຄວາມສັບສົນຫຼາຍຂຶ້ນຕົວປັບ IQການອອກແບບ ຫຼື ເຕັກນິກການແກ້ໄຂຄວາມຜິດພາດຂອງສັນຍານທີ່ກ້າວໜ້າກວ່າ, ຫຼື ການໃຊ້ວັດສະດຸຮອງພື້ນໄມໂຄເວຟທີ່ສູນເສຍຕ່ຳກວ່າ ເຊັ່ນ: ວັດສະດຸຮອງພື້ນຄວດສ໌, ອຸປະກອນລີທຽມແທນທາເລດຄາດວ່າຈະບັນລຸອັດຕາການສື່ສານ 2 Tbit/s ຫຼືສູງກວ່າ. ປະສົມປະສານກັບຂໍ້ໄດ້ປຽບສະເພາະຂອງ LTOI, ເຊັ່ນ: ການສະທ້ອນສອງຊັ້ນທີ່ຕ່ຳກວ່າ ແລະ ຜົນກະທົບຂອງຂະໜາດເນື່ອງຈາກການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຕະຫຼາດຕົວກອງ RF ອື່ນໆ, ເຕັກໂນໂລຊີໂຟໂຕນິກລີທຽມແທນທາເລດຈະໃຫ້ວິທີແກ້ໄຂທີ່ມີລາຄາຖືກ, ພະລັງງານຕ່ຳ ແລະ ຄວາມໄວສູງຫຼາຍສຳລັບເຄືອຂ່າຍການສື່ສານທາງແສງຄວາມໄວສູງລຸ້ນຕໍ່ໄປ ແລະ ລະບົບໂຟໂຕນິກໄມໂຄເວຟ.