Wereldwijd internet groeit met een samengesteld tarief van 24% per jaar, tegen 2021 3,3 zettabyte per jaar bereiken. In deze altijd verbonden wereld is optische communicatie met hoge snelheid hard nodig, en om deze groei bij te houden, ontwikkelingen in de fabricage van optische transceivers zijn hard nodig. doctoraat kandidaat Xiao Liu, van de TU/e-faculteit Elektrotechniek, onderzocht nieuwe manieren om de elektronische schakelingen en fotonische apparaten die deel uitmaken van optische transceivers te integreren. Hij zal zijn Ph.D. proefschrift op 1 december 2020.

De elektronische en fotonische componenten van optische transceivers worden meestal met verschillende technologieën vervaardigd en vervolgens geïntegreerd, of samen verpakt, later. Met de ontwikkeling van optische communicatiesystemen, die hogere snelheden en verdere verlaging van kosten en stroomverbruik vereisen, deze verpakking is een belangrijk knelpunt geworden voor de prestaties van gecombineerde elektronisch-fotonische systemen. Nieuw, er zijn kleine verpakkingstechnologieën nodig die de prestaties van de optische zendontvangers niet beïnvloeden of hun stroomverbruik verhogen.

Liu bestudeerde elektronische schakelingen en systeembenaderingen om een ​​nieuwe 3D fotonisch-elektronische wafer-schaal integratietechnologie te ontwikkelen. In deze nieuwe integratietechnologie de fotonische wafer wordt bovenop de elektronische wafer gelijmd met behulp van een adhesieve polymeerbindingstechniek. Vervolgens worden via het polymeer elektrische verbindingen tot stand gebracht.

Van wisselstroom naar gelijkstroom

Liu's eerste stap was het ontwikkelen van een nieuwe ontwerpmethodologie voor high-speed optische modulatordrivers. In het algemeen, het ontwerp van de versterker is gericht op parameters in het frequentiedomein, zoals bandbreedte, groep vertraging variatie, lineariteit, etc. Maar de specificaties van de driver worden over het algemeen beschreven in het tijdsdomein, zoals datasnelheid, oog diagram, enz. Liu's voorgestelde methodologie concentreert zich op de verbanden tussen de twee domeinen. Vervolgens gebruikte hij verschillende technieken voor het ontwerpen van circuits om de specificaties van het frequentiedomein te verbeteren met als doel het bereiken van hoge datasnelheid en hoogwaardige oogdiagrammen in het tijdsdomein. Deze voorgestelde methodologie resulteerde in de implementatie van een gedistribueerde driver die state-of-the-art 56 Gbaud PAM4 (112 Gb/s) transmissie bereikt.

Liu's tweede onderzoeksonderwerp heeft betrekking op de driver-modulator-interface in 3D-integratie op waferschaal. Momenteel, de meeste fotonische modulatoren hebben een DC-bias nodig om optimaal te kunnen werken. Dit staat bekend als het AC-gekoppelde schema, die gemakkelijk te realiseren is door middel van draadverbindingen en externe componenten voor opbouwmontage. Echter, de overgang naar 3D-integratie op waferschaal maakt externe componenten onmogelijk:de driver-modulatorinterface bevindt zich in de module. Daarom, een DC-gekoppeld schema is vereist, wat een directe verbinding is tussen de uitgang van de driver en de ingang van de optische modulator. Liu stelt twee nieuwe DC-gekoppelde rijschema's voor; een die helpt de compactheid van Mach-Zehnder modulator (MZM) zenders te verbeteren en een om rekening te houden met verschillende modulatieformaten en fabricagetoleranties van MZM's.

De voorgestelde methodologieën en 3D elektronisch-fotonische integratietechnologie op waferschaal zijn veelbelovend voor de toekomst van optische communicatie.