等離子體電光調(diào)制器研究與應(yīng)用文獻
昊量光電新推出基于表面等離子體激元(SPP)和硅光子集成技術(shù)的高速等離子體電光調(diào)制器,高帶寬可達145GHz,可被廣泛用于通信,量子,測試測量等領(lǐng)域,不僅提供帶寬70GHz-145GHz的環(huán)形諧振調(diào)制器(RRM),馬赫增德爾調(diào)制器(MZM),同相正交調(diào)制器(IQM)封裝調(diào)制器模塊及芯片,還可以根據(jù)客戶需求提供定制化產(chǎn)品。以下是基于等離子體激元及硅光子封裝技術(shù)開發(fā)的高速等離子體電光調(diào)制器的相關(guān)研究論文及應(yīng)用文獻介紹。
1. 帶寬超過100GHz,等離子體損耗減少的低溫環(huán)境下的等離子體調(diào)制器(Plasmonic Modulators in Cryogenic Environment Featuring Bandwidths in Excess of 100 GHz and Reduced Plasmonic Losses),D. Bisang, et al(ACS Photonics, 2024)
摘要:低溫量子應(yīng)用需要越來越多的互連和帶寬。預(yù)計光子鏈路將提供高帶寬、低熱負荷和低噪聲的數(shù)據(jù)傳輸,使下一代可擴展量子計算系統(tǒng)成為可能。然而,它們需要在低溫下工作的高速和節(jié)能調(diào)制器來進行電光信號轉(zhuǎn)換。在這里,等離子體有機電光調(diào)制器在4 K下工作,帶寬>100 GHz,驅(qū)動電壓低至96 mV,與室溫相比,等離子體傳播損耗顯著降低40%以上。利用等離子體馬赫-曾德爾調(diào)制器和等離子體環(huán)形諧振器調(diào)制器分別在1528 nm和1285 nm處進行了數(shù)據(jù)實驗,證明了低溫電光信號轉(zhuǎn)換速度可達160 Gbit/s和256 Gbit/s。這項工作表明,等離子調(diào)制器非常適合未來在低溫環(huán)境中高速、可擴展和節(jié)能的光子互連。
2. 用于未來RoF系統(tǒng)的全無源亞太赫茲對光接收機的等離子體片上天線(Plasmonic On-Chip Antenna Enabling Fully Passive sub-THz-to-optical receiver for Future RoF Systems),H. Ibili, et al (OFC, 2024)
摘要:我們演示了一種全無源片上天線集成等離子調(diào)制器接收器,內(nèi)置在235GHz左右的場增強為10,000,使射頻電子冗余。在無線亞太赫茲鏈路中傳輸高達80Gbit/s。
3. 在1400米范圍內(nèi)實現(xiàn)160 Gbps直接亞太赫茲到光轉(zhuǎn)換的雙向帶接收器(Dual-Sideband Receiver Enabling 160 Gbps Direct subThz-to-optical Conversion over 1400 m),T. Blatter et al (OFC, 2024)
摘要:介紹了一種用于射頻鏈路的雙向帶接收方案,可提供高達3db的靈敏度改進,并測試了在226 GHz射頻下160 Gbps光纖網(wǎng)絡(luò)之間架橋1400 m的無線距離。
4. 單載波網(wǎng)絡(luò)400 Gbit/s IM/DD超過400 m光纖實現(xiàn)等離子體馬赫-曾德調(diào)制器(Single carrier net 400 Gbit/s IM/DD over 400 m Fiber enab LED by Plasmonic Mach-Zehnder Modulator),L. Kulmer, et al(OFC, 2024)
摘要:我們利用等離子體MZM編碼的178GBd PAM8信號演示了437.1Gbit/s的IM/DD鏈路。符號速率高達256GBd,傳輸超過400m,同時保持凈速率>400Gbit/s已成功演示。
5. 共振微波-光子協(xié)同設(shè)計的調(diào)制增強(modulation Enhancement Through Resonant Microwave-Photonic Co-Design),D. Moor, et al(ECOC, 2023)
摘要:傳統(tǒng)的光子學(xué)設(shè)計導(dǎo)致器件對環(huán)境和缺陷非常敏感,體積龐大,效率低下,因此禁止縮放。光子學(xué)逆設(shè)計可以產(chǎn)生比許多優(yōu)點的器件,兼容基于代工的制造,甚至可以實現(xiàn)光子學(xué)的新功能。示例包括片上和片對片光學(xué)互連中的無錯誤傳輸,速度超過Tb/s,片上非線性光學(xué)隔離器,色散工程緊湊和高Q諧振器,可擴展量子光子學(xué),甚至芯片上的激光驅(qū)動粒子加速器。
6. 未來高速度自由空間光通信的等離子調(diào)制器(Plasmonic Modulators for Future Highest-Speed Free Space optical communications),L. Kulmer, et al.(OFC, 2023)
摘要:等離子體調(diào)制器已被評估為在53公里踹流的自由空間光鏈路中高達200Gbaud的運行。它們被證明能夠承受空間輻射和大溫度范圍,使其成為空間應(yīng)用的理想選擇。
7. 片上系統(tǒng)光子集成電路在硅光子學(xué)和等離子體的作用(System-on-Chip Photonic Integrated Circuits in Silicon Photonics and the Role of plasmonics),C. Hoessbacher, et al. (OFC, 2023)
摘要:本文回顧了硅光子學(xué)上的光子集成電路。我們重點討論了光通信、傳感和量子技術(shù)應(yīng)用中的芯片上系統(tǒng),并概述了等離子體在硅光子學(xué)中的作用。
8. 由相干調(diào)制和全自適應(yīng)光學(xué)實現(xiàn)的Tbit/s線速率衛(wèi)星饋線鏈路(Tbit/s line-rate satellite feeder links enabled by coherent modulation and full-adaptive optics),Y. Horst, et al. (Light: Science & Applications, 2023)
摘要:自由空間光通信技術(shù)是滿足未來星地網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的一種解決方案。它們可以克服射頻瓶頸,僅用少數(shù)地面站就能達到Tbit/s的數(shù)據(jù)速率。在這里,我們展示了在瑞士阿爾卑斯山的少女峰山頂(3700米)和伯爾尼市附近的齊默爾瓦爾德天文臺(895米)之間53.42公里的自由空間信道上的單載波Tbit/s線速率傳輸,實現(xiàn)了高達0.94 Tbit/s的凈速率。在這種情況下,模擬了湍流條件下的衛(wèi)星-地面饋線連接。盡管條件不利,但通過采用全自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)來糾正信道的畸變波前和使用偏振復(fù)用高階復(fù)雜調(diào)制格式,實現(xiàn)了高吞吐量。研究發(fā)現(xiàn),自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)不會對相干調(diào)制格式的接收產(chǎn)生畸變。此外,我們還介紹了星座調(diào)制——一種新的四維BPSK (4D-BPSK)調(diào)制格式,作為在很低信噪比下傳輸高數(shù)據(jù)速率的技術(shù)。通過這種方式,我們展示了53公里FSO傳輸速率為13.3 Gbit/s和210 Gbit/s,每比特分別只有4.3和7.8光子,誤碼率為1?10-3。實驗表明,相干調(diào)制編碼與全自適應(yīng)光濾波相結(jié)合是實現(xiàn)下一代Tbit/s衛(wèi)星通信實用化的有效手段。
9. 反向納米聚焦波導(dǎo)中鉺的發(fā)射增強(Emission enhancement of erbium in a reverse nano focusing waveguide),N. Güsken, et al. (Nature Communications, 2023)
摘要:自75年前珀塞爾發(fā)表開創(chuàng)性報告以來,電磁諧振器已被用于控制光-物質(zhì)相互作用,以制造更亮的輻射源,并對光和物質(zhì)的量子態(tài)進行控制。事實上,光學(xué)諧振器如微腔和等離子體天線提供了很好的控制,但只能在有限的光譜范圍內(nèi)。通常需要相互調(diào)諧和匹配發(fā)射和諧振器頻率的策略,這是復(fù)雜的,并且排除了同時增強多個躍遷的可能性。在這封信中,我們報告了基于Purcell效應(yīng)的Er3+離子在單等離子體波導(dǎo)中穿越電信C波段的強輻射發(fā)射率增強。我們的間隙波導(dǎo)采用反向納米聚焦方法,有效地增強、提取和引導(dǎo)納米尺度的發(fā)射到光子波導(dǎo),同時保持等離子體損耗小。值得注意的是,大的寬帶Purcell增強使我們能夠解決斯塔克分裂電偶極子躍遷,這通常只在低溫條件下觀察到。多量子態(tài)同時輻射發(fā)射增強是光子量子網(wǎng)絡(luò)和片上數(shù)據(jù)通信的重要研究方向。
10. 高帶寬、耐高溫的諧振等離子體微跑道調(diào)制器(Resonant plasmonic micro-racetrack modulators with high bandwidth and high temperature tolerance) ,M. Eppenberger, et al(Nature, 2023)
摘要:諧振調(diào)制器將電數(shù)據(jù)編碼到波長復(fù)用的光載波上。今天,硅微環(huán)調(diào)制器被認(rèn)為有希望實現(xiàn)這種鏈接;然而,它們提供的帶寬有限,并且需要熱穩(wěn)定系統(tǒng)。在這里,我們提出了等離子體微跑道調(diào)制器作為硅微環(huán)的潛在繼任者:它們同樣緊湊,與互補金屬氧化物半導(dǎo)體級驅(qū)動電壓兼容,但提供176 GHz的電光帶寬,對工作溫度變化的穩(wěn)定性提高了28倍,并且沒有自熱效應(yīng)。這種耐溫度的有機電光材料可以在85°C的設(shè)備溫度下工作。我們展示了用單個諧振調(diào)制器以12.3fJ/bit的速度傳輸高達408 Gbps的強度調(diào)制傳輸。等離子體微跑道調(diào)制器提供了一種解決方案,以小的占地面積編碼高數(shù)據(jù)速率(例如,下一代通信鏈路設(shè)想的1.6 Tbps),具有低功耗和邊際(如果沒有)溫度控制。
11. 基于硅光子學(xué)的雙驅(qū)動等離子體-有機混合I/Q調(diào)制器產(chǎn)生和傳輸160 Gbaud QPSK相干信號(Generation and transmission of 160-Gbaud QPSK Coherent Signals using a Dual-Drive Plasmonic-Organic Hybrid I/Q modulator on Silicon Photonics),H. Mardoyan, et al(IEEE, 2022)
摘要:本文報道了基于等離子體技術(shù)的100Gbd以上信號的相干傳輸。利用硅光子學(xué)平臺上的雙驅(qū)動等離子體-有機混合I/Q調(diào)制器,我們演示了160-GBaud QPSK和140-GBaud 16QAM調(diào)制的成功傳輸。
12. 利用等離子體馬赫曾德調(diào)制器的超高凈比特率363 Gbit/s PAM-8和279 Gbit/s多二進制光傳輸(Ultrahigh-Net-Bitrate 363 Gbit/s PAM-8 and 279 Gbit/s Polybinary Optical Transmission Using Plasmonic Mach-Zehnder Modulator),H. Qian, et al (Journal of Lightwave Technology, 2022)
摘要:我們總結(jié)了超寬帶等離子體馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)在強度調(diào)制和直接檢測(IM/DD)系統(tǒng)中的實驗探索,用于高達10公里的短距離光傳輸。我們研究了超高符號速率(高達304 GBd)的多電平光信號的調(diào)制、傳輸和接收,采用兩種不同的信號方案:脈沖幅度調(diào)制(PAM),具有多達8個幅度級和部分響應(yīng)編碼的二進制(多二進制)調(diào)制,存儲長度高達4。通過將性能映射到連接的軟(SD)和硬(HD)前向糾錯(FEC)編碼方案,在10公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸后,PAM-8信令的凈比特率可達363.4 Gbit/s,四二進制(多二進制)信令的凈比特率可達279.0 Gbit/s??紤]到純高清編碼方案,PAM-6的凈比特率為318.0 Gbit/s,四二進制的凈比特率為277.1 Gbit/s。
13. 提高諧振跑道等離子體-有機混合調(diào)制器的穩(wěn)定性(Enhanced Stability of Resonant Racetrack Plasmonic-Organic-Hybrid Modulators),M. Eppenberger, et al(IEEE, 2022)
摘要:與基于等離子體色散效應(yīng)的諧振調(diào)制器相比,高速緊湊的等離子體有機跑道調(diào)制器在保持熱可調(diào)性的同時,對工作條件變化的魯棒性要高幾個數(shù)量級。在80°C下穩(wěn)定運行,無退化。
14. Tbit/s單通道53公里自由空間光傳輸——評估GEO衛(wèi)星光學(xué)饋線鏈路的可行性(Tbit/s Single Channel 53 km Free-Space Optical Transmission — Assessing the Feasibility of Optical GEO-Satellite Feeder Links),B. Bitachon, et al (Optica Publishing Group, 2022)
摘要:演示了1 Tbps 53km單通道自由空間光(FSO)鏈路。采用了高帶寬、高階調(diào)制格式和先jin的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)。我們表明,非線性香農(nóng)極限的缺失與自適應(yīng)光學(xué)相結(jié)合,可以以低鏈路故障記錄數(shù)據(jù)傳輸。
15. 等離子體光子晶體——微米尺度上的太比特調(diào)制(Plasmonic PICs — Terabit Modulation on the Micrometer Scale) ,W. Heni, et al (ECOC, 2022)
摘要:等離子體PICs提供緊湊的高速光子和等離子體元件,實現(xiàn)新一代可擴展的光子系統(tǒng)解決方案。我們解釋底層技術(shù),重點介紹關(guān)鍵應(yīng)用,回顧技術(shù)演示,并討論未來的機會。
16. >500 GHz帶寬石墨烯光電探測器實現(xiàn)高容量等離子體到等離子體鏈路(>500 GHz Bandwidth Graphene Photodetector Enabling Highest-Capacity Plasmonic-to-Plasmonic Links),S. K?pfli, et al(ECOC, 2022)
摘要:介紹了一種新型垂直入射超材料增強石墨烯光電探測器,其光譜窗口為200nm,設(shè)置限制帶寬為500GHz。光電探測器已經(jīng)在提供的250 GHz帶寬的全等離子體EOE鏈路中進行了數(shù)據(jù)傳輸測試。
17. 低溫應(yīng)用的等離子體100 GHz電光調(diào)制器(Plasmonic 100-GHz Electro-Optic Modulators for Cryogenic Applications),P. Habegger, et al(ECOC, 2022)
摘要:我們展示了一種節(jié)能的100 GHz等離子體調(diào)制器,工作在4 K,在0.1 V的超低驅(qū)動電壓下實現(xiàn)超過128 GBd的數(shù)據(jù)調(diào)制。低溫下的高速元件是可擴展的下一代量子計算系統(tǒng)的重要組成部分。
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