Globalt internet växer med en sammansatt takt på 24% per år, upp till 3,3 zettabyte per år 2021. Optisk kommunikation med hög hastighet är akut nödvändig i denna värld som alltid är ansluten, och för att hålla jämna steg med denna tillväxt, utvecklingen i tillverkningen av optiska sändtagare är i hög grad nödvändig. Ph.D. kandidat Xiao Liu, vid TU/e ​​Institutionen för elektroteknik, undersökt nya sätt att integrera de elektroniska kretsar och fotoniska enheter som utgör optiska sändtagare. Han kommer att försvara sin doktorsexamen avhandling den 1 december 2020.

De elektroniska och fotoniska komponenterna i optiska sändtagare är vanligtvis tillverkade med olika tekniker och integreras sedan, eller förpackade tillsammans, senare. Med utvecklingen av optiska kommunikationssystem, som kräver högre hastigheter och ytterligare minskning av kostnad och strömförbrukning, denna förpackning har blivit en betydande flaskhals för prestanda för kombinerade elektroniska-fotoniska system. Ny, små förpackningstekniker behövs som inte påverkar de optiska sändtagarnas prestanda eller ökar deras strömförbrukning.

Liu studerade elektroniska kretsar och systemmetoder för att utveckla en ny 3D-fotonisk-elektronisk wafer-integrationsteknik. I denna nya integrationsteknik, den fotoniska skivan är bunden ovanpå den elektroniska skivan med användning av vidhäftande polymerbindningsteknik. Sedan upprättas elektriska anslutningar genom polymeren.

Från AC till DC

Lius första steg var att utveckla en ny designmetodik för höghastighetsoptiska modulatordrivrutiner. I allmänhet, förstärkarens design riktar sig till frekvensdomänparametrar, som bandbredd, gruppfördröjningsvariation, linjäritet, etc. Buth specifikationerna för drivrutinen beskrivs generellt i tidsdomänen, såsom datahastighet, ögondiagram, etc. Lius föreslagna metod koncentrerar sig på länkarna mellan de två domänerna. Sedan använde han olika kretskonstruktionstekniker för att förbättra frekvensdomänspecifikationer med målet att uppnå hög datahastighet och högkvalitativa ögondiagram i tidsdomänen. Denna föreslagna metod resulterade i implementeringen av en distribuerad drivrutin som uppnår toppmodern 56 Gbaud PAM4-överföring (112 Gb/s).

Lius andra forskningsämne är relaterat till drivrutins-modulatorgränssnittet i 3D-integrering av skivor. För närvarande, de flesta fotoniska modulatorer kräver en DC -förspänning för att fungera optimalt. Detta är känt som AC-kopplat schema, som lätt realiseras genom trådbindningar och externa ytmonterade komponenter. Dock, Förflyttningen mot 3D-integrering av skivor gör omöjliga externa komponenter:gränssnittet för drivarmodulatorn finns inuti modulen. Därför, ett DC-kopplat schema krävs, som är en direkt anslutning mellan förarens utgång och den optiska modulatorns ingång. Liu föreslår två nya DC-kopplade körsystem; en som hjälper till att förbättra kompaktiteten hos Mach-Zehnder-modulator (MZM) sändare och en för att ta hänsyn till olika moduleringsformat och tillverkningstoleranser för MZM.

De föreslagna metoderna och 3-D elektronisk-fotonisk wafer-integrationsteknik har stora löften för framtiden för optisk kommunikation.