我們(men) 展示了一種高能效的100GHz等離子體(ti) 調製器，在4K下運行，用於(yu) 超過128 GBd/s的數據調製，並且具有超低的驅動電壓0.1 V。在低溫下的高速組件是可擴展的下一代量子計算係統的基本構建模塊。
100GHz等離子體(ti) 電光調製器在低溫領域的国产成人在线观看免费网站
（本文譯自Plasmonic 100-GHz Electro-Optic Modulators for Cryogenic Applications（Patrick Habegger, Yannik Horst））
1.介紹
在低溫環境下運行的高速調製器對於(yu) 運行下一代超導量子電路至關(guan) 重要。為(wei) 避免散熱過多，隻能使用符合嚴(yan) 格的z低功耗要求的設備。低溫電路的複雜性在穩步增加，因此，各自的通信接口的規模相當。此時，相較於(yu) 電子設備，光學解決(jue) 方案可以提供更低的熱負荷和更高的帶寬。越來越多的在4 K以下低溫下工作的電光接口被引入到這個(ge) 領域。通過使用商用5 GHz的铌酸鋰調製器，在mK範圍內(nei) 展示了5 Gbit/s的數據速率。zui近，鈦酸鋇調製器提供了一個(ge) 在0.85 VP驅動電壓下，以20 Gbit/s的速度實現了30 GHz的電光帶寬。其他例子包括矽輻環調製器或石墨烯環調製器，它們(men) 已經被證明具有類似的數據速率和工作電壓。一般來說，調製器的特性由其VπL來表征。這意味著較低的電壓可以換取較低的長度。然而，更長的調製器長度是以更低的帶寬為(wei) 代價(jia) 的。因此，雖然上述現有技術顯示出非常有希望的結果，但達到更高的速度仍然是一個(ge) 挑戰。
等離子調製器是現有低溫電光界麵的一個(ge) 有前途的替代品。對於(yu) 經典国产成人在线观看免费网站，該技術已經展示了z高帶寬(>500 GHz)、性能、能效(驅動電壓<100 mVP) 和低損耗(芯片上損耗1.0 dB)。
在本次實驗中，我們(men) 展示了等離子體(ti) 調製器是量子係統中低溫電光接口潛力的候選者。我們(men) 展示了超過100 GHz的電光帶寬，128 Gbd/s的高速數據傳(chuan) 輸，驅動電壓低於(yu) 500 mV。此外，我們(men) 還展示了16Gbd/s的運行，其電學驅動電壓低於(yu) 100 mV，避免了在低溫恒溫器中電學放大器的需求。此外，我們(men) 首次展示了在低溫環境中，等離子體(ti) 調製器中的有機電光材料可靠且高效地運行。所有測量都是在基礎溫度為(wei) 3.2 K的封閉式液氦低溫箱中進行的。
2.器件設計&低溫表征
低溫裝置由一個(ge) 在推拉模式下操作的等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器組成。該裝置的示意圖如圖1(a)所示。等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器的兩(liang) 個(ge) 臂上有等離子移相器，每個(ge) 槽寬為(wei) 130 nm，長度為(wei) 15 um。等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器通過光柵耦合器實現與(yu) 光子集成電路(PIC)芯片的光學耦合。為(wei) 了方便光學對準，使用與(yu) 低溫兼容的環氧膠將光纖陣列(FA)粘附到PIC上。等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器具有兩(liang) 臂之間的不平衡，引入了一個(ge) 固定的相移。這允許在不需要電學調節的情況下調整調製器的工作點，例如通過熱光相移器，避免了給低溫恒溫器增加額外的熱負載。相位調製是利用有機電光(OEO)材料的線性電光效應實現的。OEO材料已被證明在4.2 K下表現出高非線性，該裝置的特點是在室溫和4k環境下的頻率響應。圖1(a)描述了等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器的實驗裝置圖。圖1(b)顯示了在4 K溫度下從(cong) 5 GHz到108 GHz的近乎平坦的頻率響應。更準確地說，樣品被放置在一個(ge) 4 k閉環液氦低溫恒溫器中。一個(ge) 安裝在樣品台頂部的溫度傳(chuan) 感器測量了靠近芯片的溫度。每次實驗前，PIC芯片被保持在3.2 K超過12小時，以確保達到穩態溫度。一個(ge) 來自可調諧激光源(TLS)的1532.5 nm光載波被連接到了被測試設備(DUT)。等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器的工作點被設置在其正交點（3 dB）。為(wei) 了確定電光響應，一個(ge) 電學正弦信號（5–108 GHz）通過一個(ge) 67 GHz真空射頻穿透件和射頻探針被送入等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器。信號是利用一個(ge) 合成器產(chan) 生的，頻率高達70 GHz，超過此頻率的部分使用了額外的倍頻器。設置的電學損耗（不包括探針）在室溫下使用電氣頻譜分析儀(yi) 進行了表征，並考慮了校準。等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器的調製輸出信號使用光譜分析儀(yi) (OSA)進行了記錄。需要強調的是，使用了67 GHz探針進行測量，並且已經校準到67 GHz。對於(yu) 更高的頻率，校準已經標準化到67 GHz的損耗值。67 GHz以上更明顯的振蕩很可能是由於(yu) 未校準的適當針頭造成的。黑色實線所示的測量平均頻率顯示了108 GHz的頻率響應，2.2 dB 下降。
圖1 (a) 等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器 (MZM)帶寬測量的實驗裝置示意圖，以及70 GHz小信號射頻調製下的光譜圖。 (b) 等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器 (MZM)的實測和歸一化電光頻率響應。
開-關(guan) 電壓Vπ 在室溫和4 K環境下使用100 kHz信號進行了測量。Vπ,50Ω 從(cong) 室溫的3.3 V增加到4 K時的4.2 V。
3.低溫數據傳(chuan) 輸實驗
我們(men) 測試了高速數據調製的電光接口，並隨後研究了降低電學驅動電壓的影響。為(wei) 了驗證從(cong) 低溫恒溫器中高速提取數據，等離子體(ti) 調製器以高達128 Gbit/s的數據速率運行。在這些實驗中，數據在低溫恒溫器外生成，並使用67 GHz射頻穿透件輸入，這增加了額外的射頻損傷(shang) 。發送器的運行如前一節所述，見圖2(a)。使用256 GSa/s、70 GHz任意波形發生器(AWG)生成不同數據格式，基於(yu) 電學驅動電壓的選擇，使得VP,50Ω 低於(yu) 500 mV。在接收器處，見圖2(b)，等離子體(ti) 調製器調製後的光輸出信號通過摻鉺光纖放大器(EDFA)放大和過濾，然後90%的信號輸入到連接到數字采樣示波器(DSO)的145 GHz光電二極管(PD)中，進行離線數字信號處理(DSP)。放大和過濾後的信號的10%使用光譜分析儀(yi) (OSA)進行監控。DSP包括一個(ge) 匹配濾波器、一個(ge) 定時恢複和靜態T/2間隔的前饋均衡器，該均衡器已通過數據輔助z小均方誤差法進行了訓練。圖2(c)顯示了記錄的數據傳(chuan) 輸的眼圖，使用16 – 128 Gbd 2PAM (128 Gbit/s) 和 64 Gbd 4PAM (128 Gbit/s) 信號。傳(chuan) 輸的106個(ge) 符號在64 Gbd 2PAM時仍然無誤。此外，圖3顯示了不同電驅動電壓和數據速率下2PAM信號的數字計算信噪比和誤碼率(BER)，表明低至0.1 VP,50Ω 的驅動電壓可以支持低於(yu) SD-FEC限值的16 Gbd 2PAM信號。對於(yu) 低至200 mV的VP,50Ω，5x10^5個(ge) 符號的傳(chuan) 輸可以在16 Gbd和32 Gbd符號速率下實現無差錯通信，而64 Gbd信號的誤碼率仍然低於(yu) HD-FEC限值。
圖2 實驗數據測量的實驗設置示意圖和眼圖。(a) 發送器的簡化圖。在低溫室內(nei) 的調製器未使用電學放大器來驅動。(b) 用於(yu) 數據傳(chuan) 輸實驗的接收器。(c) 記錄傳(chuan) 輸的PAM2和PAM4信號的眼圖。
圖3 在4 K環境下測量操作等離子體(ti) 馬赫-曾德爾調製器(MZM)的電學驅動電壓。(a) 測量到的16 – 64 Gbd 2PAM信號的信噪比(SNR)作為(wei) 所施加峰值電壓VP的函數。16 Gbd信號的眼圖，其標稱電氣VP驅動電壓為(wei) 200 mV。(b) 在国产成人在线观看免费网站了時間恢複(TR)和z小均方誤差校正(LMS)後的誤碼率(BER)。HD-FEC和SD-FEC的限製由灰色虛線表示。
這項工作表明，等離子體(ti) 調製器非常適合要求苛刻的低溫国产成人在线观看免费网站，即使在溫度低於(yu) 4 K的情況下也能實現高效的電光轉換。等離子體(ti) 調製器測量設置的改進應該能夠帶來更好的性能。考慮到在這次實驗中，室溫和4 K環境下性能的微小差異，我們(men) 期望室溫實驗可以直接轉化為(wei) 低溫環境。這樣，等離子體(ti) 調製器低溫高速運行在8 PAM中可達432 Gbit/s，並且芯片上的插入損耗(IL)為(wei) 1.0 dB。
4.結論
我們(men) 首次展示了一種在低溫下為(wei) 量子係統国产成人在线观看免费网站而設計的集成等離子體(ti) 調製器。這些等離子體(ti) 調製器在低於(yu) 4 K的低溫環境中具有超過100 GHz的電光帶寬。此外，我們(men) 還驗證了等離子體(ti) 調製器在沒有電學放大器的4 K環境下，以高達128 Gbd的2 PAM信號分別在200 mVP,50Ω、100 mVP,50Ω的低電驅動下進行高速數據傳(chuan) 輸，數據速率分別為(wei) 64 Gbit/s和16 Gbit/s 。
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參考文獻
[1] A. Youssefi, I. Shomroni, Y. J. Joshi, N. R.Bernier, A. Lukashchuk, P. Uhrich, et al., "A cryogenic electro-optic interconnect for superconducting devices," Nature Electronics, vol.4, pp. 326-332, 2021.
[2] S. Krinner, S. Storz, P. Kurpiers, P. Magnard, J. Heinsoo, R. Keller, et al., "Engineering cryogenic setups for 100-qubit scale superconducting circuit systems," EPJ Quantum Technology, vol. 6, p. 2,2019.
[3] F. Arute, K. Arya, R. Babbush, D. Bacon, J. C.Bardin, R. Barends, et al., "Quantum supremacy using a programmable superconducting processor," Nature, vol. 574, pp. 505-510, 2019.
[4] H. Riel, "Quantum Computing Technology," in 2021 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 2021, pp. 1.3. 1-1.3. 7.
[5] F. Eltes, G. E. Villarreal-Garcia, D. Caimi, H. Siegwart, A. A. Gentile, A. Hart, et al., "An integrated optical modulator operating at cryogenic temperatures," Nature Materials, vol.19, pp. 1164-1168, 2020.
[6] B. S. Lee, B. Kim, A. P. Freitas, A. Mohanty, Y. Zhu, G. R. Bhatt, et al., "High-performance integrated graphene electro-optic modulator at cryogenic temperature," Nanophotonics, vol. 10,pp. 99-104, 2021.
[7] H. Gevorgyan, A. Khilo, D. Van Orden, D. Onural, B. Yin, M. T. Wade, et al., "Cryo-Compatible, Silicon Spoked-Ring Modulator in a 45nm cmos Platform for 4K-to-Room-Temperature Optical Links," in 2021 optical fiber communications
Conference and Exhibition (OFC), 2021, pp. 1-3.
[8] M. Burla, C. Hoessbacher, W. Heni, C. Haffner, Y. Fedoryshyn, D. Werner, et al., "500 GHz plasmonic Mach-Zehnder modulator enabling sub-THz microwave photonics," Apl Photonics, vol. 4, p. 056106, 2019.
[9] W. Heni, B. Baeuerle, H. Mardoyan, F. Jorge, J. M. Estaran, A. Konczykowska, et al., "Ultra-highspeed 2: 1 digital selector and plasmonic modulator IM/DD transmitter operating at 222 GBaud for intra-datacenter applications," Journal of Lightwave Technology, vol. 38, pp. 2734-2739, 2020.
[10] B. Baeuerle, W. Heni, C. Hoessbacher, Y. Fedoryshyn, U. Koch, A. Josten, et al., "120 GBd plasmonic Mach-Zehnder modulator with a novel differential electrode design operated at a peak-topeak drive voltage of 178 mV," Optics express, vol. 27, pp. 16823-16832, 2019.
[11] M. Eppenberger, B. I. Bitachon, A. Messner, W. Heni, D. Moor, L. Kulmer, et al., "Enhanced Stability of Resonant Racetrack Plasmonic-Organic-Hybrid Modulators," in Optical Fiber Communication Conference, 2022, p. Th3C. 3.
[12] H. Xu, F. Liu, D. L. Elder, L. E. Johnson, Y. de Coene, K. Clays, et al., "Ultrahigh electro-optic coefficients, high index of refraction, and long-term stability from Diels–Alder cross-linkable binary molecular glasses," Chemistry of Materials, vol.
32, pp. 1408-1421, 2020.
[13] D. Park, V. Yun, X. Zhou, J. Luo, A.-Y. Jen, and W. Herman, "Cryogenic optical characterization of nonlinear polymers," in CLEO/QELS: 2010 Laser Science to Photonic Applications, 2010, pp. 1-2.
[14] K. Schuh, F. Buchali, W. Idler, T. A. Eriksson, L. Schmalen, W. Templ, et al., "Single carrier 1.2 Tbit/s transmission over 300 km with PM-64 QAM at 100 GBaud," in Optical Fiber Communication Conference, 2017, p. Th5B. 5.
[15] J. Cho, C. Xie, and P. J. Winzer, "Analysis of softdecision FEC on non-AWGN channels," Optics Express, vol. 20, pp. 7915-7928, 2012.
[16] Q. Hu, R. Borkowski, Y. Lefevre, F. Buchali, R. Bonk, K. Schuh, et al., "Plasmonic-MZM-based Short-Reach Transmission up to 10 km Supporting> 304 GBd Polybinary or 432 Gbit/s PAM-8 Signaling," in 2021 European Conference on optical communication (ECOC), 2021, pp. 1-4.
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