Современная электроника №8/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 14 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 (ε o,x ). Правая часть рис. 11 демонстри- рует, как по мере продвижения луча по волноводу продольная составля- ющая внешнего поля E x,rf начина- ет эффективно взаимодействовать с полем оптического сигнала ε o,x , реа- лизуя необходимую модуляцию. В этой работе впервые для кремние- вых модулей была показана скорость передачи 100 Гбит/с в стандарте OOK даже при полосе модулятора 25 ГГц. Это стало возможным благодаря «сжа- тию амплитуды», когда большие коле- бания сглаживаются. Управляющее напряжение для это- го модулятора составляло 1,4 В. Для сравнения отметим, что традицион- ные кремниевые модуляторы требу- ют 5 В и больше. Уникальное энергопо- требление около 98 фемтоджоулей на бит впервые было получено для MZM такого класса. Рассмотренная конструкция, пред- ложенная в 2018 году, оказалась очень удачной, поскольку использовала стандартные кремниевые технологии, позволяя при этом получать рекорд- ные параметры за счёт уникальных электрооптических параметров орга- нических OEOM, которые в десятки раз больше, чем у кристаллических мате- риалов. Как уже упоминалось выше, в 2020 году эта же группа немецких учёных под руководством Кристиа- на Кооса опубликовала результаты испытаний своего нового варианта микросхемы SOH-модулятора. Кон- струкция этой микросхемы показа- на на рис. 10 [27]. Общая концепция структурной схе- мы модулятора осталось такой же, как показано на рис. 8. Изменения в основ- ном коснулись размеров и конфигу- рации некоторых элементов. Напри- мер, в новом варианте SOHFS MZM был использован сверхминиатюр- ный фазосдвигающий элемент дли- ной всего 280 мкм. В каждом плече имеются две кремниевые рельсовид- ные рейки шириной W rail ≈ 240 нм и высотой H rail ≈ 220 нм, которые обра- зуют оптический щелевой волновод (ширина щели W slot ≈ 130 нм), запол- ненный OEOM-материалом. В этой работе использован другой тип органического электрооптиче- ского полимера «JRD», оптимизиро- ванный для высокой эффективности при относительно низкой температу- ре стеклования (82°C) [29]. Материал OEOM, показанный на рис. 10 зелёным цветом, служит обо- лочкой для щелевого волновода SOH. Одним из основных достижений этой разработки стало рекордное зна- чение U π L ≈ 0,41 В·мм и крайне низкие потери фазовращателя (около 0,7 дБ). Эти улучшения были достигнуты за счёт уменьшения ширины W slot щеле- вого волновода, снижения оптических потерь, более равномерного распреде- ления поля в органическом матери- але, а также применения новых тех- нологических приёмов формирования электродов. В результате авторам удалось достиг- нуть рекордных на тот момент време- ни характеристик: длина фазовращате- ля 280 мкм; U π ≈ 1,5 В; U π L ≈ 0,41 В·мм; оптические потери ≈ 0,7 дБ; нетто-про- пускная способность ≈ 187 Гбит/с. Эти параметры позволили перейти от простого OOK-модулирования (On-Off Keying) с одним битом на символ к многоуровневому формату передачи PAM4. Четырёхуровневый формат PAM4 (4-level Pulse Amplitude Modulation), предназначенный для амплитуд- ной модуляции с четырьмя уровня- ми оптической мощности, обеспечи- вает 2 бита на символ (00, 01, 10, 11). Однако для этого формата необходим «чёткий» многоуровневый управля- ющий сигнал. Каждый дополнитель- ный уровень мощности должен быть однозначно идентифицирован. Поэто- му PAM4 требует более высокого отно- шения сигнал/шум. Полученные в дан- ной работе низкие потери и высокая эффективность обеспечили необходи- мую глубину модуляции. В эксперименте использовался про- извольный генератор сигналов (AWG) с полосой 45 ГГц и RF-усилитель с полосой 55 ГГц для создания много- уровневого управляющего сигнала. Именно качество управляющей элек- троники и низкие потери модулятора позволили реализовать 4 чётко раз- личимых уровня оптической мощно- сти. Была продемонстрирована успеш- ная передача сигналов 100 Гбод PAM4 (линейная скорость до 200 Гбит/с). Таким образом, переход от OOK к PAM4 стал возможен благодаря улуч- шенным характеристикам самого модулятора, а не изменению его прин- ципа работы. Таблица 2. Сравнение основных характеристик SOH MZM (2024–2025) Платформа Полоса, ГГц VπL, В·мм Потери, дБ Скорость передачи Особенности URL KIT-SOH O-диапазон (Schwarzenberger et al.) > 110 < 0,5 ( U π = 0,92 В) ~0,7 (фазо- смещение) 384 Гбит/с, 192 Гбод PAM4 Рекордная скорость для кремниевой платформы [30] KIT-SOH низковольтный (Schwarzenberger et al.) н.д. < 0,46 (265 мВ управление) н.д. 112 Гбит/с PAM4 Прямое управление CMOS SerDes, без усилителей [31] KIT-SOH термостабильный (Eschenbaum et al.) н.д. < 0,5 (750 мкм длина) н.д. 280 Гбит/с 140 GBd PAM4 Термостабильный органический материал Gen5A/APC [32] KIT-SOH криогенный (Schwarzenberger et al.) н.д. < 0,46 ( U π = 0,92 В) н.д. 140 Гбит/с 70 GBd PAM4 при 4K Работа при криогенных температурах [33] NLM Photonics Selerion-HTX > 100 ~0,5 (коммерческий) < 1,0 1,6 Тбит/с DR8 PIC (photonic integrated circuits) Первый коммерческий SOH многоканальный PIC, стабильность > 120°C [34] NLM Photonics Selerion-BHX > 100 0,038 < 0,5 > 400 Гбит/с на канал Рекордный r₃₃ = 1000 пм/В для применений > 100 ГГц, космос/спутники [35] KIT-SOH сверхскоростной > 110 ~0,4 ~0,7 500+ Гбит/с Single-carrier IMDD Демонстрация возможности 1 Тбит/с передач См. выше