等离子体电光调制器研究与应用文献

等离子体电光调制器研究与应用文献

昊量光电新推出基于表面等离子体激元（SPP）和硅光子集成技术的高速等离子体电光调制器，高带宽可达145GHz，可被广泛用于通信，量子，测试测量等领域，不仅提供带宽70GHz-145GHz的环形谐振调制器（RRM），马赫增德尔调制器（MZM），同相正交调制器（IQM）封装调制器模块及芯片，还可以根据客户需求提供定制化产品。以下是基于等离子体激元及硅光子封装技术开发的高速等离子体电光调制器的相关研究论文及应用文献介绍。

1. 带宽超过100GHz，等离子体损耗减少的低温环境下的等离子体调制器（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：低温量子应用需要越来越多的互连和带宽。预计光子链路将提供高带宽、低热负荷和低噪声的数据传输，使下一代可扩展量子计算系统成为可能。然而，它们需要在低温下工作的高速和节能调制器来进行电光信号转换。在这里，等离子体有机电光调制器在4 K下工作，带宽>100 GHz，驱动电压低至96 mV，与室温相比，等离子体传播损耗显著降低40%以上。利用等离子体马赫-曾德尔调制器和等离子体环形谐振器调制器分别在1528 nm和1285 nm处进行了数据实验，证明了低温电光信号转换速度可达160 Gbit/s和256 Gbit/s。这项工作表明，等离子调制器非常适合未来在低温环境中高速、可扩展和节能的光子互连。

2. 用于未来RoF系统的全无源亚太赫兹对光接收机的等离子体片上天线（Plasmonic On-Chip Antenna Enabling Fully Passive sub-THz-to-optical receiver for Future RoF Systems），H. Ibili, et al (OFC, 2024)

摘要：我们演示了一种全无源片上天线集成等离子调制器接收器，内置在235GHz左右的场增强为10,000，使射频电子冗余。在无线亚太赫兹链路中传输高达80Gbit/s。

3. 在1400米范围内实现160 Gbps直接亚太赫兹到光转换的双向带接收器（Dual-Sideband Receiver Enabling 160 Gbps Direct subThz-to-optical Conversion over 1400 m），T. Blatter et al (OFC, 2024)

摘要：介绍了一种用于射频链路的双向带接收方案，可提供高达3db的灵敏度改进，并测试了在226 GHz射频下160 Gbps光纤网络之间架桥1400 m的无线距离。

4. 单载波网络400 Gbit/s IM/DD超过400 m光纤实现等离子体马赫-曾德调制器（Single carrier net 400 Gbit/s IM/DD over 400 m Fiber enabLED by Plasmonic Mach-Zehnder Modulator），L. Kulmer, et al(OFC, 2024)

摘要：我们利用等离子体MZM编码的178GBd PAM8信号演示了437.1Gbit/s的IM/DD链路。符号速率高达256GBd，传输超过400m，同时保持净速率>400Gbit/s已成功演示。

5. 共振微波-光子协同设计的调制增强（modulation Enhancement Through Resonant Microwave-Photonic Co-Design），D. Moor, et al(ECOC, 2023)

摘要：传统的光子学设计导致器件对环境和缺陷非常敏感，体积庞大，效率低下，因此禁止缩放。光子学逆设计可以产生比许多优点的器件，完全兼容基于代工的制造，甚至可以实现光子学的新功能。示例包括片上和片对片光学互连中的无错误传输，速度超过Tb/s，片上非线性光学隔离器，色散工程紧凑和高Q谐振器，可扩展量子光子学，甚至芯片上的激光驱动粒子加速器。

6. 未来高速度自由空间光通信的等离子调制器（Plasmonic Modulators for Future Highest-Speed Free Space optical communications），L. Kulmer, et al.(OFC, 2023)

摘要：等离子体调制器已被评估为在53公里踹流的自由空间光链路中高达200Gbaud的运行。它们被证明能够承受空间辐射和大温度范围，使其成为空间应用的理想选择。

7. 片上系统光子集成电路在硅光子学和等离子体的作用（System-on-Chip Photonic Integrated Circuits in Silicon Photonics and the Role of plasmonics），C. Hoessbacher, et al. (OFC, 2023)

摘要：本文回顾了硅光子学上的光子集成电路。我们重点讨论了光通信、传感和量子技术应用中的芯片上系统，并概述了等离子体在硅光子学中的作用。

8. 由相干调制和全自适应光学实现的Tbit/s线速率卫星馈线链路（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：自由空间光通信技术是满足未来星地网络带宽需求的一种解决方案。它们可以克服射频瓶颈，仅用少数地面站就能达到Tbit/s的数据速率。在这里，我们展示了在瑞士阿尔卑斯山的少女峰山顶(3700米)和伯尔尼市附近的齐默尔瓦尔德天文台(895米)之间53.42公里的自由空间信道上的单载波Tbit/s线速率传输，实现了高达0.94 Tbit/s的净速率。在这种情况下，模拟了湍流条件下的卫星-地面馈线连接。尽管条件不利，但通过采用全自适应光学系统来纠正信道的畸变波前和使用偏振复用高阶复杂调制格式，实现了高吞吐量。研究发现，自适应光学系统不会对相干调制格式的接收产生畸变。此外，我们还介绍了星座调制——一种新的四维BPSK (4D-BPSK)调制格式，作为在很低信噪比下传输高数据速率的技术。通过这种方式，我们展示了53公里FSO传输速率为13.3 Gbit/s和210 Gbit/s，每比特分别只有4.3和7.8光子，误码率为1∙10-3。实验表明，相干调制编码与全自适应光滤波相结合是实现下一代Tbit/s卫星通信实用化的有效手段。

9. 反向纳米聚焦波导中铒的发射增强（Emission enhancement of erbium in a reverse nanofocusing waveguide），N. Güsken, et al. (Nature Communications, 2023)

摘要：自75年前珀塞尔发表开创性报告以来，电磁谐振器已被用于控制光-物质相互作用，以制造更亮的辐射源，并对光和物质的量子态进行控制。事实上，光学谐振器如微腔和等离子体天线提供了很好的控制，但只能在有限的光谱范围内。通常需要相互调谐和匹配发射和谐振器频率的策略，这是复杂的，并且排除了同时增强多个跃迁的可能性。在这封信中，我们报告了基于Purcell效应的Er3+离子在单等离子体波导中穿越电信C波段的强辐射发射率增强。我们的间隙波导采用反向纳米聚焦方法，有效地增强、提取和引导纳米尺度的发射到光子波导，同时保持等离子体损耗小。值得注意的是，大的宽带Purcell增强使我们能够解决斯塔克分裂电偶极子跃迁，这通常只在低温条件下观察到。多量子态同时辐射发射增强是光子量子网络和片上数据通信的重要研究方向。

10. 高带宽、耐高温的谐振等离子体微跑道调制器（Resonant plasmonic micro-racetrack modulators with high bandwidth and high temperature tolerance） ，M. Eppenberger, et al(Nature, 2023)

摘要：谐振调制器将电数据编码到波长复用的光载波上。今天，硅微环调制器被认为有希望实现这种链接；然而，它们提供的带宽有限，并且需要热稳定系统。在这里，我们提出了等离子体微跑道调制器作为硅微环的潜在继任者：它们同样紧凑，与互补金属氧化物半导体级驱动电压兼容，但提供176 GHz的电光带宽，对工作温度变化的稳定性提高了28倍，并且没有自热效应。这种耐温度的有机电光材料可以在85°C的设备温度下工作。我们展示了用单个谐振调制器以12.3fJ/bit的速度传输高达408 Gbps的强度调制传输。等离子体微跑道调制器提供了一种解决方案，以小的占地面积编码高数据速率(例如，下一代通信链路设想的1.6 Tbps)，具有低功耗和边际(如果没有)温度控制。

11. 基于硅光子学的双驱动等离子体-有机混合I/Q调制器产生和传输160 Gbaud QPSK相干信号（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：本文报道了基于等离子体技术的100Gbd以上信号的相干传输。利用硅光子学平台上的双驱动等离子体-有机混合I/Q调制器，我们演示了160-GBaud QPSK和140-GBaud 16QAM调制的成功传输。

12. 利用等离子体马赫曾德调制器的超高净比特率363 Gbit/s PAM-8和279 Gbit/s多二进制光传输（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：我们总结了超宽带等离子体马赫-曾德尔调制器(MZM)在强度调制和直接检测(IM/DD)系统中的实验探索，用于高达10公里的短距离光传输。我们研究了超高符号速率(高达304 GBd)的多电平光信号的调制、传输和接收，采用两种不同的信号方案:脉冲幅度调制(PAM)，具有多达8个幅度级和部分响应编码的二进制(多二进制)调制，存储长度高达4。通过将性能映射到连接的软判决(SD)和硬判决(HD)前向纠错(FEC)编码方案，在10公里标准单模光纤传输后，PAM-8信令的净比特率可达363.4 Gbit/s，四二进制(多二进制)信令的净比特率可达279.0 Gbit/s。考虑到纯高清编码方案，PAM-6的净比特率为318.0 Gbit/s，四二进制的净比特率为277.1 Gbit/s。

13. 提高谐振跑道等离子体-有机混合调制器的稳定性（Enhanced Stability of Resonant Racetrack Plasmonic-Organic-Hybrid Modulators），M. Eppenberger, et al(IEEE, 2022)

摘要：与基于等离子体色散效应的谐振调制器相比，高速紧凑的等离子体有机跑道调制器在保持热可调性的同时，对工作条件变化的鲁棒性要高几个数量级。在80°C下稳定运行，无退化。

14. Tbit/s单通道53公里自由空间光传输——评估GEO卫星光学馈线链路的可行性（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单通道自由空间光(FSO)链路。采用了高带宽、高阶调制格式和先jin的自适应光学技术。我们表明，非线性香农极限的缺失与自适应光学相结合，可以以低链路故障记录数据传输。

15. 等离子体光子晶体——微米尺度上的太比特调制（Plasmonic PICs — Terabit Modulation on the Micrometer Scale） ，W. Heni, et al (ECOC, 2022)

摘要：等离子体PICs提供紧凑的高速光子和等离子体元件，实现新一代可扩展的光子系统解决方案。我们解释底层技术，重点介绍关键应用，回顾技术演示，并讨论未来的机会。

16. >500 GHz带宽石墨烯光电探测器实现高容量等离子体到等离子体链路（>500 GHz Bandwidth Graphene Photodetector Enabling Highest-Capacity Plasmonic-to-Plasmonic Links），S. Köpfli, et al(ECOC, 2022)

摘要：介绍了一种新型垂直入射超材料增强石墨烯光电探测器，其光谱窗口为200nm，设置限制带宽为500GHz。光电探测器已经在提供的250 GHz带宽的全等离子体EOE链路中进行了数据传输测试。

17. 低温应用的等离子体100 GHz电光调制器（Plasmonic 100-GHz Electro-Optic Modulators for Cryogenic Applications），P. Habegger, et al(ECOC, 2022)

摘要：我们展示了一种节能的100 GHz等离子体调制器，工作在4 K，在0.1 V的超低驱动电压下实现超过128 GBd的数据调制。低温下的高速元件是可扩展的下一代量子计算系统的重要组成部分。

审核编辑 黄宇