A Internet global está crescendo a uma taxa composta de 24% ao ano, atingindo 3,3 zetabytes por ano em 2021. A comunicação óptica de alta velocidade é urgentemente necessária neste mundo sempre conectado, e para acompanhar esse crescimento, desenvolvimentos na fabricação de transceptores ópticos são extremamente necessários. Ph.D. candidato Xiao Liu, do Departamento de Engenharia Elétrica da TU / e, pesquisou novas maneiras de integrar os circuitos eletrônicos e dispositivos fotônicos que compõem os transceptores ópticos. Ele vai defender seu doutorado. tese em 1 de dezembro de 2020.

Os componentes eletrônicos e fotônicos de transceptores ópticos são geralmente fabricados com diferentes tecnologias e, em seguida, integrados, ou embalados juntos, mais tarde. Com o desenvolvimento de sistemas de comunicação óptica, que exigem velocidades mais altas e maior redução de custo e consumo de energia, essa embalagem se tornou um gargalo significativo para o desempenho de sistemas fotônicos eletrônicos combinados. Novo, São necessárias tecnologias de embalagem de pequeno porte que não afetem o desempenho dos transceptores ópticos ou aumentem seu consumo de energia.

Liu estudou circuitos eletrônicos e abordagens de sistema para desenvolver uma nova tecnologia de integração em escala de wafer fotônica-eletrônica 3-D. Nesta nova tecnologia de integração, o wafer fotônico é colado no topo do wafer eletrônico usando a técnica de colagem de polímero adesivo. Em seguida, as conexões elétricas são estabelecidas através do polímero.

De AC para DC

O primeiro passo de Liu foi desenvolver uma nova metodologia de design para drivers de modulador óptico de alta velocidade. Em geral, o projeto do amplificador tem como alvo os parâmetros do domínio da frequência, como largura de banda, variação de atraso de grupo, linearidade, etc. Mas as especificações do driver são geralmente descritas no domínio do tempo, como taxa de dados, diagrama do olho, etc. A metodologia proposta por Liu concentra-se nas ligações entre os dois domínios. Em seguida, ele usou diferentes técnicas de projeto de circuito para melhorar as especificações do domínio da frequência com o objetivo de obter uma alta taxa de dados e diagramas de olho de alta qualidade no domínio do tempo. Essa metodologia proposta resultou na implementação de um driver distribuído que atinge o estado da arte na transmissão de 56 Gbaud PAM4 (112 Gb / s).

O segundo tópico de pesquisa de Liu está relacionado à interface driver-modulador na integração em escala de wafer 3-D. Atualmente, a maioria dos moduladores fotônicos requer uma polarização DC para operar em seu ótimo. Isso é conhecido como esquema AC-coupled, que pode ser facilmente realizado por meio de ligações de fios e componentes externos de montagem em superfície. Contudo, o movimento em direção à integração em escala de wafer 3D torna os componentes externos impossíveis:a interface do modulador do driver está localizada dentro do módulo. Portanto, um esquema acoplado DC é necessário, que é uma conexão direta entre a saída do driver e a entrada do modulador óptico. Liu propõe dois novos esquemas de acionamento com acoplamento DC; um que ajuda a melhorar a compactação dos transmissores do modulador Mach-Zehnder (MZM) e um que considera diferentes formatos de modulação e tolerâncias de fabricação de MZMs.

As metodologias propostas e a tecnologia de integração em escala de bolacha fotônica-eletrônica 3-D são uma grande promessa para o futuro da comunicação óptica.