Oprettelse af et næste generations fotonisk-elektronisk integrationskredsløb

Globalt internet vokser med en sammensat rate på 24% om året, nå 3,3 zettabyte om året i 2021. Højhastigheds optisk kommunikation er et presserende behov i denne evigt forbundne verden, og for at holde trit med denne vækst, udvikling i fremstillingen af ​​optiske transceivere er hårdt tiltrængt. Ph.D. kandidat Xiao Liu, fra TU/e ​​Institut for Elektroteknik, undersøgt nye måder at integrere de elektroniske kredsløb og fotoniske enheder, der udgør optiske transceivere. Han vil forsvare sin ph.d. speciale den 1. december 2020.

De elektroniske og fotoniske komponenter i optiske transceivere er normalt fremstillet med forskellige teknologier og derefter integreret, eller pakket sammen, senere. Med udviklingen af ​​optiske kommunikationssystemer, som kræver højere hastigheder og yderligere reduktion af omkostninger og strømforbrug, denne emballage er blevet en betydelig flaskehals for ydeevnen for kombinerede elektronisk-fotoniske systemer. Ny, Der er behov for små emballageteknologier, som ikke påvirker de optiske transceiveres ydeevne eller øger deres strømforbrug.

Liu studerede elektroniske kredsløb og systemtilgange til at udvikle en ny 3-D fotonisk-elektronisk wafer-skala integrationsteknologi. I denne nye integrationsteknologi, den fotoniske wafer er bundet oven på den elektroniske wafer ved hjælp af klæbende polymerbindingsteknik. Derefter etableres elektriske forbindelser gennem polymeren.

Fra AC til DC

Lius første skridt var at udvikle en ny designmetodologi til højhastigheds optiske modulatordrivere. Generelt, forstærkerdesignet er målrettet mod frekvensdomæneparametre, såsom båndbredde, gruppe forsinkelse variation, linearitet, osv. Buth driverens specifikationer er generelt beskrevet i tidsdomænet, såsom datahastighed, øje diagram, osv. Lius foreslåede metode koncentrerer sig om forbindelserne mellem de to domæner. Derefter brugte han forskellige kredsløbsdesignteknikker til at forbedre frekvensdomænespecifikationer med det formål at opnå høj datahastighed og højkvalitets øjediagrammer i tidsdomænet. Denne foreslåede metode resulterede i implementeringen af ​​en distribueret driver, der opnår state-of-the-art 56 Gbaud PAM4 (112 Gb/s) transmission.

Lius andet forskningsemne er relateret til driver-modulator-grænsefladen i 3-D wafer-skala integration. I øjeblikket, de fleste fotoniske modulatorer kræver en DC bias for at fungere optimalt. Dette er kendt som det AC-koblede skema, som let realiseres gennem trådbindinger og eksterne overflademonterede komponenter. Imidlertid, Bevægelsen mod 3-D wafer-skala-integration gør eksterne komponenter umulige:driver-modulator-grænsefladen er placeret inde i modulet. Derfor, et DC-koblet skema er påkrævet, som er en direkte forbindelse mellem driverens output og den optiske modulatorens input. Liu foreslår to nye DC-koblede køreplaner; en, der hjælper med at forbedre kompaktheden af ​​Mach-Zehnder modulator (MZM) sendere og en til at tage højde for forskellige modulationsformater og fremstillingstolerancer for MZM'er.

De foreslåede metoder og 3-D elektronisk-fotonisk wafer-skala integrationsteknologi lover meget for fremtiden for optisk kommunikation.