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工作简介
近日，瑞士洛桑联邦理工大学Tobias Kippenberg教授团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所欧欣研究员团队及德国卡尔斯鲁厄理工学院Christian Koos合作，在钽酸锂薄膜平台上实现了调制带宽为110 GHz、单载波传输速率为405 Gbps的马赫曾德尔型调制器，该工作为下一代高速光通信网络和微波光子系统提供低成本、低功耗和超高速的解决方案。相关工作以“Ultrabroadband thin-film lithium tantalate modulator for high-speed communications”为题，发表在国际光学领域旗舰期刊《Optica》上。论文通讯作者为欧欣研究员、Christian Koos博士，Tobias Kippenberg教授。
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研究背景
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研究亮点
图2 LTOI电光调制器的性能 (a)半波电压测试；(b)在正交偏压下，一小时内调制器输出光强度的动态变化；(c)测量和模拟的电光带宽(EO S21)；(d) LiTaO3调制器的电学传输(EE S21)和反射(EE S11)系数测试结果
图3展示了研究人员使用LTOI电光调制器用于光通信系统中强度调制直接探测(IMDD)的实验装置和结果，实验表明，LTOI电光调制器可以以176 GBd的符号速率传输PAM8信号，其测得的BER为3.8×10⁻²低于25% SD-FEC阈值。而对于200 GBd的PAM4和208 GBd的PAM2，其BER均显著低于15% SD-FEC和7% HD-FEC的阈值。图3的眼图和直方图测试结果直观地表明了LTOI电光调制器可以在高线性度和低误码率的高速通信系统中实现应用。
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总结与展望
本工作展示了首个高速LTOI调制器，其电光3 dB带宽达到了110 GHz。在强度调制直接检测IMDD传输实验中，该器件实现了单载波净数据速率405 Gbit/s，相关结果已经与现有LNOI、等离子体调制器等电光平台的最佳性能相当。未来采用更复杂的I/Q调制器设计或更先进的信号纠错技术，或采用更低微波损耗的衬底如石英衬底，钽酸锂器件有望实现2 Tbit/s或更高的通讯速率。结合LTOI具有特定优势，如更低的双折射和由于其在其他射频滤波器市场中的广泛应用带来的规模化效应，钽酸锂光子技术将下一代高速光通信网络和微波光子系统提供低成本、低功耗和超高速的解决方案。
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原文传递
文章链接：Chengli Wang, Dengyang Fang, Junyin Zhang, Alexander Kotz, Grigory Lihachev, Mikhail Churaev, Zihan Li, Adrian Schwarzenberger, Xin Ou, Christian Koos, and Tobias J. Kippenberg, "Ultrabroadband thin-film lithium tantalate modulator for high-speed communications," Optica 11, 1614-1620 (2024).https://doi.org/10.1364/OPTICA.537730
