Internet globale sta crescendo a un tasso composto del 24% all'anno, raggiungendo 3,3 zettabyte all'anno entro il 2021. La comunicazione ottica ad alta velocità è urgentemente necessaria in questo mondo sempre connesso, e per stare al passo con questa crescita, sono assolutamente necessari sviluppi nella fabbricazione di ricetrasmettitori ottici. dottorato di ricerca candidato Xiao Liu, del TU/e ​​Dipartimento di Ingegneria Elettrica, ha ricercato nuovi modi per integrare i circuiti elettronici e i dispositivi fotonici che compongono i ricetrasmettitori ottici. Difenderà il suo dottorato di ricerca. tesi il 1 dicembre 2020.

I componenti elettronici e fotonici dei ricetrasmettitori ottici sono solitamente fabbricati con diverse tecnologie e quindi integrati, o confezionati insieme, dopo. Con lo sviluppo dei sistemi di comunicazione ottica, che richiedono velocità più elevate e un'ulteriore riduzione dei costi e dei consumi energetici, questo packaging è diventato un collo di bottiglia significativo per le prestazioni dei sistemi combinati elettronico-fotonici. Nuovo, sono necessarie tecnologie di confezionamento di piccole dimensioni che non influiscano sulle prestazioni dei ricetrasmettitori ottici o ne aumentino il consumo energetico.

Liu ha studiato circuiti elettronici e approcci di sistema per sviluppare una nuova tecnologia di integrazione su scala di wafer fotonico-elettronica 3-D. In questa nuova tecnologia di integrazione, il wafer fotonico è legato sopra il wafer elettronico utilizzando la tecnica di incollaggio di polimeri adesivi. Quindi i collegamenti elettrici vengono stabiliti attraverso il polimero.

Da CA a CC

Il primo passo di Liu è stato quello di sviluppare una nuova metodologia di progettazione per i driver del modulatore ottico ad alta velocità. Generalmente, il design dell'amplificatore mira a parametri nel dominio della frequenza, come larghezza di banda, variazione del ritardo di gruppo, linearità, ecc. Ma le specifiche del conducente sono generalmente descritte nel dominio del tempo, come velocità dati, diagramma ad occhio, ecc. La metodologia proposta da Liu si concentra sui collegamenti tra i due domini. Quindi ha utilizzato diverse tecniche di progettazione di circuiti per migliorare le specifiche nel dominio della frequenza con l'obiettivo di ottenere diagrammi a occhio di alta velocità e alta qualità nel dominio del tempo. Questa metodologia proposta ha portato all'implementazione di un driver distribuito che raggiunge una trasmissione PAM4 a 56 Gbaud (112 Gb/s) all'avanguardia.

Il secondo argomento di ricerca di Liu è relativo all'interfaccia driver-modulatore nell'integrazione 3-D su scala wafer. Attualmente, la maggior parte dei modulatori fotonici richiede una polarizzazione CC per funzionare al meglio. Questo è noto come schema accoppiato in CA, che si realizza facilmente attraverso legature a filo e componenti esterni a montaggio superficiale. Però, il passaggio all'integrazione 3-D su scala wafer rende impossibile l'utilizzo di componenti esterni:l'interfaccia driver-modulatore si trova all'interno del modulo. Perciò, è richiesto uno schema accoppiato in CC, che è una connessione diretta tra l'uscita del driver e l'ingresso del modulatore ottico. Liu propone due nuovi schemi di guida accoppiati in CC; uno che aiuta a migliorare la compattezza dei trasmettitori modulatori Mach-Zehnder (MZM) e uno che tiene conto dei diversi formati di modulazione e delle tolleranze di fabbricazione degli MZM.

Le metodologie proposte e la tecnologia di integrazione su scala di wafer elettronico-fotonico 3-D sono molto promettenti per il futuro della comunicazione ottica.