Optískir mótunartæki henta hátíðnimerkjum

 

Hraðasamsvörun martröð

Hér er það sem kennslubækur líta á þegar lýst er ferðast-wave Mach-Zehnder mótara.

Í litíumníóbati er örbylgjustuðullinn um 4,2 á meðan sjónvísitalan er nálægt 2,2. Það misræmi þýðir að RF merki og ljósbylgjur dreifast á mjög mismunandi hraða í gegnum rafskautsbygginguna þína. Við lága tíðni er engum sama um - víxlverkunarlengdin er nógu stutt til að fasagangur haldist hverfandi. Ýttu þér inn í gígahertskerfið og allt í einu sýnir fallega hannaða mótunartækið þitt bandbreidd sem lætur gagnablaðsnúmerin líta út eins og fantasíu.

Lagfæringin felur í sér vandað rafskautaverkfræði. Þú þykkir stuðpúðalög, víkkar eyður, bætir við rafrýmdum hleðslumannvirkjum, í rauninni hvað sem er til að hægja á örbylgjuofninum en eyðileggur ekki mótunarskilvirkni þína í ferlinu. Þunn-filmu litíum níóbat breytti leiknum nokkuð - með því að takmarka ljósið við undir-míkron bylgjuleiðara dregur náttúrulega úr virka sjónvísitölunni og færir hraðasamsvörun innan seilingar án þess að skekkja hefðbundin magntæki.

Ég eyddi þremur mánuðum árið 2019 í að kemba 40 GHz mótunarhönnun þar sem hermdar bandbreidd leit svakalega út og mæld svörun fór yfir 25 GHz. Sökudólgurinn reyndist vera sníkjuvirki í jarðplaninu sem enginn hafði sniðið rétt. Þrír mánuðir.

 

Af hverju litíumníóbat vinnur enn (aðallega)

Þrátt fyrir áratuga þróun hálfleiðara ljóseindatækni er LiNbO₃ áfram sjálfgefinn valkostur fyrir há-afkastamótara í fjarskipta- og RF ljóseindatenglum. Ástæðurnar eru ekki dularfullar: r₃₃ stuðullinn um það bil 31 pm/V, sjónrænt gagnsæi frá 350 nm til 5 μm og þroskaður framleiðsluinnviði sem skilar stöðugum árangri.

Þunn-filmubyltingin - sem tengir undir-míkrón LN-lög á kísil- eða kísilnítríð hvarfefni - opnaði frammistöðu sem magntæki einfaldlega gátu ekki náð. Nýlegar sýnikenndir hafa ýtt 3-dB bandbreiddum út fyrir 110 GHz með spennu{10}}lengdarvörum um 2,2 V·cm. Berðu þetta saman við hefðbundna títan-dreifða bylgjuleiðara sem þurfa 5-6 V·cm og þú skilur hvers vegna allir fengu skyndilega áhuga á TFLN í kringum 2018.

En efnið hefur vandamál sem söluaðilar leggja ekki áherslu á í markaðssetningu bókmennta.

 

Ljósbrotsskemmdir eru raunverulegar og pirrandi

 

Z-cut versus X-cut: hið eilífa málamiðlun

Kristalstilling ákvarðar hvort mótarinn þinn típi.

Z-skera tæki staðsetja rafskaut beint fyrir ofan og neðan bylgjuleiðarann ​​og hámarka skarun rafsviðs við sjónhaminn. Þú færð lægra Vπ, sem þýðir minna RF drifkraft sem þarf fyrir fulla mótunardýpt. Gripið felur í sér ósamhverfa fasamótun milli víxlmælisarmanna tveggja - þegar þú ýtir styrkleika niður, setur þú samtímis óæskilegum tíðnibreytingum á merkið þitt.

X-skurðarstillingar setja rafskaut við hlið bylgjuleiðarans í samhverfu ýttu-röðun. Báðir armar upplifa jafnar og gagnstæðar fasaskiptingar. Núll tíst. Hrein amplitude mótun. En sviðskörunin þjáist, keyrir Vπ hærra og krefjandi RF magnara.

Fyrir stafræn samskipti sem keyra NRZ á 10 Gb/s gæti chirp í raun hjálpað - það getur að hluta til jafnað upp litadreifingu yfir ákveðnar trefjalengdir. Fyrir hliðræna RF ljóseindatengla þar sem línuleiki skiptir máli, verður X-cut skylda.

 

Rafsog gerir hlutina öðruvísi

Hálfleiðara-undirstaða EAMs nýta band-gleypnibreytingar frekar en breytingar á brotstuðul. Beittu öfugri hlutdrægni yfir skammtabrunnsbyggingu og frásogsbrúnin breytist í gegnum skammtafræðilega-takmörkuðu Stark áhrifin - örvunarbylgjuvirkni brenglast, bindiorka minnkar og ljóseindir sem áður sendu frásogast nú.

Fegurðin við þessa nálgun: Kröfur um undir-volta drif og innri samhæfni við III-V leysirsamþættingu. Þú getur búið til DFB leysirinn þinn og mótara á sama InP flís, sem útilokar tap á trefjatengingu og jafnvægishöfuðverk.

Ljótið: bylgjulengdarnæmi sem lætur LiNbO₃ líta út fyrir breiðband í samanburði. EAM útrýmingarhlutföll hrynja ef leysirinn þinn rekur jafnvel nokkra nanómetra. Hitastýring verður ó-viðræðuhæf.

Einnig myndar frásog í eðli sínu ljósstraum. Við mikla sjónræna krafta breytir þessi straumur rafsviðsdreifingu yfir skammtaholurnar, sem veldur því að mótunarhagkvæmni verður aflháð-á þann hátt sem flækir hönnun tengiliða.

 

Hvað í raun takmarkar bandbreidd

Fólk blandar saman nokkrum mismunandi bandbreiddartakmörkunum og það skapar rugling.

Rafmagnsbandbreidd fer eftir RC tímaföstum frá rýmdum mótum og rafskautsviðnám, auk ferðabylgjuáhrifa eins og hraðamisræmis og örbylgjutaps. Þessir þættir eru venjulega ráðandi í vel-hönnuðum tækjum.

Optísk bandbreidd - sem þýðir bylgjulengdarsviðið þar sem mótunarskilvirkni helst nokkurn veginn stöðug - fer eftir efnisdreifingu og bylgjuleiðarahönnun. Fyrir litíum níóbat tæki er þetta venjulega gríðarlegt og spannar hundruð nanómetra. Fyrir EAMs gæti það verið 20-30 nm ef þú ert heppinn.

Innri viðbragðstími efnis fyrir Pockels áhrifin situr í femtósekúndu stjórninni. Enginn hefur nokkru sinni smíðað mótara nógu hratt til að sjá þessi mörk. Franz-Keldysh áhrifin bregðast svipað hratt við. Þegar seljendur vitna í „1 ps svartíma“ eru þeir að tala um RC-takmörkuð rafrofi, ekki grundvallareðlisfræði.

 

 

Viðnámssamsvörun skiptir meira máli en þú heldur

Staðlað RF kerfi gera ráð fyrir 50Ω alls staðar. Optískir mótarar sýna oft viðbragðsálag sem er mismunandi eftir tíðni - kristallinn hegðar sér sem tapandi þétti samhliða hvaða rafskautsviðnám sem er.

Keyrðu há-tíðnimæli með óviðjafnanlegum uppsprettu og þú munt sjá endurkast sem skemma magnara, standbylgjur sem búa til tíðni-háðar svörunargárur og aflgjafaskilvirkni sem lækkar nákvæmlega þegar þú þarft þess mest.

Ferða-bylgjuhönnun hjálpar með því að sýna dreifða viðnám eftir rafskautslengdinni. Lokaviðnám gleypa það sem tengist ekki sjónsviðinu. En til að ná sannri 50Ω samsvörun frá DC í gegnum 100 GHz þarf uppgerð nákvæmni sem ýtir viðskiptalegum EM verkfærum að mörkum.

Resonant modulators taka andstæða nálgun - vísvitandi missamræmi til að búa til háa-Q tankrás sem umbreytir lágri innspennu í kílóvolta-kvarðasviðið sem þarf fyrir fulla Vπ sveiflu. Virkar frábærlega á einni tíðni. Gagnslaus fyrir breiðbandsforrit.

 

Hlutdrægni vandamálið vill enginn ræða

Settu DC spennu á litíumníóbat mótara og bíddu. Vinnustaðurinn reikar.

Þetta gerist vegna þess að uppbygging tækisins er ekki eingöngu viðnám - þú ert með stuðpúðalög, títan-dreifð svæði, ótómatað undirlag, allt með mismunandi leiðni og rafstuðul. Hleðsla endurdreifist yfir klukkutíma til daga, skimar notaða reitinn og breytir flutningsaðgerðinni.

Rétt mótunarhönnun lágmarkar rek með nákvæmu efnisvali og framleiðsluferlisstýringu. En "lækka" þýðir ekki "útrýma." Sérhver alvarleg uppsetning inniheldur hlutdrægni stýringar sem fylgjast með sjónútgangi og stilla stöðugt spennu til að viðhalda æskilegum rekstrarpunkti.

The pyroelectric áhrif bætir við öðru lagi af pirringi. Hitabreytingar mynda sjálfsprottna skautun sem lítur nákvæmlega út eins og beitt spenna frá sjónarhóli kristalsins. Settu mótunarbúnaðinn þinn nálægt hitagjafa og horfðu á hlutdrægnipunktinn dansa um.

 

Plasmónískir mótunartæki eru til en eru áfram framandi

Tónhæðin hljómar sannfærandi: takmarkaðu bæði ljós- og RF-svið við eyður á nanóskala með því að nota yfirborðsplasmonham, og ná fram mótunarskilvirkni ómögulegt með ljóseindabylgjuleiðurum.

Nýlegar niðurstöður sýna fram á VπL vörur undir 0,1 V·cm með rafskautslengd undir 20 μm. Bandbreiddin nær vel yfir 100 GHz vegna þess að allt er svo lítið að hraðasamsvörun verður léttvæg.

Aflinn felur í sér tap. Plasmónísk stillingar dreifa orku í málmhitun. Innsetningartap upp á 10-15 dB á hvert tæki gerir það að verkum að orkuáætlanir á-kerfisstigi eru erfiðar. Og til að tengja ljós frá venjulegum einstillingu trefjum í nanóskala plasmónískar raufar krefst mjókkandi mannvirki sem eyðir flísarsvæði og bætir við eigin tapi.

Fyrir sess forrit þar sem stærð og hraði trompa skilvirkni, er plasmonics skynsamlegt. Fyrir fjarskiptatæki sem senda milljónir eininga er tæknin áfram fræðileg.

 

Silicon photonics vill keppa

Flytjandi-eyðingarstýringar í sílikoni bjóða upp á CMOS samhæfni og samþættingarþéttleika sem litíumníóbat getur ekki passað við. Búðu til mótunarbúnaðinn þinn ásamt rafeindabúnaði ökumanns á sömu skífunni með því að nota ferla sem steypur keyra nú þegar í mælikvarða.

Afköst hafa batnað til muna - 50 GHz bandbreidd eru venjubundin, 85 Gbaud aðgerð sýnd. En undirliggjandi vélbúnaður byggir á frjálsu-frásogi burðarbera og plasmadreifingu, bæði veik áhrif sem krefjast lengri víxlverkunarlengd eða endurómun til að ná sanngjörnu útrýmingarhlutfalli.

Blendingsaðferðir við að tengja þunnt-filmu LN við sílikon ljóseindarásir reyna að ná ávinningi frá báðum heimum. Þú færð mótunarskilvirkni litíumníóbats með samþættingarþéttleika kísils. Flækjustig í framleiðslu eykst að sama skapi.

 

Hitanæmi er mjög mismunandi

Litíumníóbat sýnir sterka hita-sjónstuðla - um 3,9×10⁻⁵/gráðu fyrir óvenjulega vísitöluna. 10 gráðu sveifla breytir hlutdrægni milli interferometers um u.þ.b. fjórðung bylgjulengd ef þú ert ekki varkár.

Hálfleiðaramótarar standa frammi fyrir svipuðum vandamálum auk bandbilsbreytinga sem breyta frásogsbrúnum.

Staðlaða lausnin felur í sér hitauppstreymi (að raða bylgjuleiðaraleiðum þannig að hitastigs-framkallaðar fasaskiptingar hætta við) eða virka hitastöðugleika með því að nota hitaraflskælara. Hvorug aðferðin er ókeypis - hitauppstreymi hönnun eyðir flís svæði á meðan TEC kerfi draga orku og bæta við bilunarhamum.

Á vettvangi-kerfi verða fyrir sveiflum í umhverfishita sem sýnikennsla á rannsóknarstofum hunsar á þægilegan hátt. Það sem virkar fallega við 25 gráður gæti orðið ónothæft við -40 gráður eða +85 gráður án alvarlegrar verkfræðivinnu.

 

Pökkunarkostnaður ræður ríkjum

Þetta gleymist stöðugt.

Raunveruleg modulator flís gæti kostað nokkra dollara í magni. Pökkun þessarar flísar með RF tengjum, trefjum pigtails, hlutdrægni eftirlit ljósnema, hitauppstreymi og loftþéttingu þéttingu bætir auðveldlega $500-2000 við efnisskrána.

Há-tíðniaðgerð gerir umbúðir erfiðari vegna þess að sérhver vírspenna og ósamfella tengis skiptir máli. 40 GHz tæki krefjast vandlegrar athygli á samfellu jarðplans. 100 GHz tæki krefjast flip-flístengingar eða sambærilegra aðferða sem bæta við vinnsluþrepum og draga úr ávöxtun.

Iðnaðurinn hefur orðið betri í þessu á tveimur áratugum, en umbúðir eru áfram ástæðan fyrir því að mótunartæki í atvinnuskyni kosta það sem þeir gera.

 

Hvað er í raun sendingarkostnaður í magni

Þrátt fyrir allar spennandi rannsóknarniðurstöður notar stór fjarskiptamarkaður-aðallega tæki sem hefðu þótt áhrifamikil fyrir fimm árum og venjuleg í dag.

20-40 GHz litíum níóbat MZM eru ríkjandi fyrir 100G/400G samfellda sendingu. Kísilljóseindamótarar birtast í samtengingum gagnavera þar sem samþætting við rafeindatækni skiptir meira máli en hrá afköst. InP-undirstaða EAM samþætt við DFBs þjóna skammdrægum forritum þar sem kostnaður og stærð tróna frammistöðuforskriftir.

Blæðandi-brún 100+ GHz sýnishornin eru áfram í tilraunastofum eða litlum-sérforritum. Framleiðsluávöxtun, hæfni áreiðanleika og lækkun kostnaðar tekur mörg ár að þroskast.

 

Áreiðanleiki er ekki glæsilegur en hann er nauðsynlegur

Símafyrirtæki búast við 20 ára líftíma á sviði. Það þýðir að sýna fram á hlutdrægan rekstöðugleika með hraða öldrun, sanna að trefjafestingin lifi af hitauppstreymi og gera sérhverja loftþétta innsigli hæfan gegn innkomu raka.

Litíum níóbat tæki hafa áratuga áreiðanleikagögn sem styðja notkun þeirra í neðansjávarstrengjum og jarðbundnum hryggjartengingum. Nýrri tækni stendur frammi fyrir erfiðari athugun vegna þess að bilunarhamirnir eru ekki enn að fullu einkenndir.

Eitt endurtekið vandamál felur í sér niðurbrot rafskauta við hátt útvarpsstyrk. Málmflutningur, oxíðmyndun og vélrænt álag frá hitauppstreymi eykur smám saman tap á innsetningu og breytir Vπ. Hraðprófun við hærra hitastig reynir að spá fyrir um-lífslok-hegðun en fylgnin milli rannsóknarniðurstaðna og reynslu á vettvangi er enn ófullkomin.

 

Tölurnar sem skipta máli

Þegar verið er að meta mótara fyrir há-tíðniforrit, verðskulda þessar forskriftir athygli:

3-dB raf-ljósbandbreidd - ekki -6 dB punkturinn sem sum gagnablöð laumast inn. 40 GHz forskrift við -6 dB gæti aðeins skilað 25 GHz við -3 dB.

Vπ á þinni notkunartíðni, ekki DC. Rafskautstap og hraðamisræmi veldur því að Vπ eykst með tíðninni í flestum ferðabylgjuhönnunum.-

Innsetningartap þar á meðal trefjatenging. Flísa-stigsnúmer líta betur út en tækjanúmer í pakka, stundum verulega.

Útrýmingarhlutfall undir mótum, ekki truflanir. Ófullkomleikar í RF drifinu og takmarkanir á bandbreidd draga úr birtuskilum sem hægt er að ná við há tíðni.

Skilatap eða S11 til að einkenna gæði viðnámssamsvörunar. Lélegt tap á skilum gefur til kynna endurspeglun sem mun valda vandamálum í RF keðjunni þinni.

Enginn mælir allt sem þú þarft undir nákvæmlega þínum rekstraraðstæðum. Að túlka gagnablöð krefst reynslu af því að greina hvaða tölur þýða forritið þitt og hvaða-bestu dæmi sem þú munt aldrei ná.

 

Framtíðarstefnur sem gætu í raun skipt máli

Meiri samþætting heldur áfram að ýta mótunartækni í átt að ljósrænum samþættum hringrásum sem sameina leysira, mótara, magnara og multiplexara á stökum flísum. Þetta dregur úr tapi á trefjatengingum, útilokar staka íhlutasamsetningu og gerir virkni ómögulega með stakum tækjum.

Ferðin í átt að hærri flutningshraða - 100+ Gbaud fyrir samfellda sendingu - krefst mótunarbandbreiddar sem núverandi verslunarvörur ná varla. TFLN tæki virðast í stakk búin til að mæta þessari þörf ef framleiðsla á vogum gengur vel.

Sam-ljóseindatækni sem setur ljóseindatækni beint á rofa ASIC táknar önnur samþættingarmörk. Rafmagnsviðmótin verða mjög stutt, sem gerir hugsanlega kleift að hafa meiri bandbreidd með lægra afli en núverandi senditæki sem hægt er að tengja.

Hvort einhver tiltekin tækni vinnur veltur minna á hráframmistöðu en framleiðslukostnaði, þroska aðfangakeðjunnar og - stuðningi vistkerfisþátta sem fara hægar en niðurstöður rannsóknarstofu gætu gefið til kynna.

Mótunartækið sem þú setur upp á næsta ári mun líklega líta nokkuð svipað út og það sem var sent fyrir þremur árum, óháð því hverju ráðstefnurit lofa.