等離子體電光調制器研究與應用文獻

昊量光電新推出基于表面等離子體激元（SPP）和硅光子集成技術的高速等離子體電光調制器，高帶寬可達145GHz，可被廣泛用于通信，量子，測試測量等領域，不僅提供帶寬70GHz-145GHz的環(huán)形諧振調制器（RRM），馬赫增德爾調制器（MZM），同相正交調制器（IQM）封裝調制器模塊及芯片，還可以根據(jù)客戶需求提供定制化產品。以下是基于等離子體激元及硅光子封裝技術開發(fā)的高速等離子體電光調制器的相關研究論文及應用文獻介紹。

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：低溫量子應用需要越來越多的互連和帶寬。預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)能調制器來進行電光信號轉換。在這里，等離子體有機電光調制器在4 K下工作，帶寬>100 GHz，驅動電壓低至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-曾德爾調制器和等離子體環(huán)形諧振器調制器分別在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換速度可達160 Gbit/s和256 Gbit/s。這項工作表明，等離子調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制器接收器，內置在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米范圍內實現(xiàn)160 Gbps直接亞太赫茲到光轉換的雙向帶接收器（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)絡之間架橋1400 m的無線距離。

4. 單載波網(wǎng)絡400 Gbit/s IM/DD超過400 m光纖實現(xiàn)等離子體馬赫-曾德調制器（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)同設計的調制增強（modulation Enhancement Through Resonant Microwave-Photonic Co-Design），D. Moor, et al(ECOC, 2023)

摘要：傳統(tǒng)的光子學設計導致器件對環(huán)境和缺陷非常敏感，體積龐大，效率低下，因此禁止縮放。光子學逆設計可以產生比許多優(yōu)點的器件，兼容基于代工的制造，甚至可以實現(xiàn)光子學的新功能。示例包括片上和片對片光學互連中的無錯誤傳輸，速度超過Tb/s，片上非線性光學隔離器，色散工程緊湊和高Q諧振器，可擴展量子光子學，甚至芯片上的激光驅動粒子加速器。

6. 未來高速度自由空間光通信的等離子調制器（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，使其成為空間應用的理想選擇。

7. 片上系統(tǒng)光子集成電路在硅光子學和等離子體的作用（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、傳感和量子技術應用中的芯片上系統(tǒng)，并概述了等離子體在硅光子學中的作用。

8. 由相干調制和全自適應光學實現(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是滿足未來星地網(wǎng)絡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光學系統(tǒng)來糾正信道的畸變波前和使用偏振復用高階復雜調制格式，實現(xiàn)了高吞吐量。研究發(fā)現(xiàn)，自適應光學系統(tǒng)不會對相干調制格式的接收產生畸變。此外，我們還介紹了星座調制——一種新的四維BPSK (4D-BPSK)調制格式，作為在很低信噪比下傳輸高數(shù)據(jù)速率的技術。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，相干調制編碼與全自適應光濾波相結合是實現(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-物質相互作用，以制造更亮的輻射源，并對光和物質的量子態(tài)進行控制。事實上，光學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。通常需要相互調諧和匹配發(fā)射和諧振器頻率的策略，這是復雜的，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效應的Er3+離子在單等離子體波導中穿越電信C波段的強輻射發(fā)射率增強。我們的間隙波導采用反向納米聚焦方法，有效地增強、提取和引導納米尺度的發(fā)射到光子波導，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：諧振調制器將電數(shù)據(jù)編碼到波長復用的光載波上。今天，硅微環(huán)調制器被認為有希望實現(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體級驅動電壓兼容，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。這種耐溫度的有機電光材料可以在85°C的設備溫度下工作。我們展示了用單個諧振調制器以12.3fJ/bit的速度傳輸高達408 Gbps的強度調制傳輸。等離子體微跑道調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. 基于硅光子學的雙驅動等離子體-有機混合I/Q調制器產生和傳輸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的100Gbd以上信號的相干傳輸。利用硅光子學平臺上的雙驅動等離子體-有機混合I/Q調制器，我們演示了160-GBaud QPSK和140-GBaud 16QAM調制的成功傳輸。

12. 利用等離子體馬赫曾德調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：我們總結了超寬帶等離子體馬赫-曾德爾調制器(MZM)在強度調制和直接檢測(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制、傳輸和接收，采用兩種不同的信號方案:脈沖幅度調制(PAM)，具有多達8個幅度級和部分響應編碼的二進制(多二進制)調制，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公里標準單模光纖傳輸后，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的諧振調制器相比，高速緊湊的等離子體有機跑道調制器在保持熱可調性的同時，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、高階調制格式和先jin的自適應光學技術。我們表明，非線性香農極限的缺失與自適應光學相結合，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，重點介紹關鍵應用，回顧技術演示，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，設置限制帶寬為500GHz。光電探測器已經在提供的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. 低溫應用的等離子體100 GHz電光調制器（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等離子體調制器，工作在4 K，在0.1 V的超低驅動電壓下實現(xiàn)超過128 GBd的數(shù)據(jù)調制。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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