#划重点  全国产BTO外延片  STO外延片 

#2：a向 bto外延片

2寸 外延 a-向 bto（300nm或者500nm，或者定制）-sto 8nm(可定制)- 2um Sio2(可定制) -Si(可定制)

#3:C向 bto外延片

2寸 外延 c-向 bto（150nm或者300nm，或者定制）-sto 8nm(可定制)- 2um Sio2(可定制) -Si(可定制)

#离子注入铒代工

#6寸DUV步进式光刻代工，最小线宽180nm，超高性价比，可以只曝光

#快速氮化硅硅光铌酸锂流片 #高性价比 #低成本

#提供8寸 8umSiO2热氧片，6寸15um热氧片 10um热氧片 8寸10um热氧片

室温低损伤@GCIB抛光代工@束斑小（4-5mm）更均匀

#降低硬质材料化合物晶圆等绝大多数材料的表面粗糙度，比如金刚石 ，磷化铟，砷化镓，碳化硅

#提高复合衬底和镀膜膜层的器件层膜厚均匀性，

比如SOI LNOI  LTOI SICOI 等 SMARTCUT得到的薄膜 

或者镀膜所得到的膜层 ，比如镀了一层氮化硅，但是由于是cvd镀膜所得到的，表面的膜厚精度很差，粗糙度很差，可以通过粗糙度初步降低粗糙度，然后通过GCIB团簇离子束抛光来修整整面的膜厚均匀性 到0.5%以下举例：

未经过Trimming 工艺的 6寸LN/LTOI晶圆 数据：

Range:100-200A

经过Trimming 工艺的 6寸LN/LTOI晶圆 数据：

Range:60A以内

ALOOI晶圆；--氧化铝薄膜晶圆，键合工艺和镀膜工艺

TAOOI晶圆--氧化钽薄膜晶圆，镀膜工艺

SINOI晶圆--超低损耗氮化硅薄膜晶圆，210nm-300nm-400nm-800nm

SICOI晶圆；新型量子光学平台500nm-700nm-1um

8寸LTOI晶圆批量供应；铌酸锂的有力的竞争对手，薄膜钽酸锂晶300600

6寸X切Z切掺镁薄膜铌酸锂晶圆 ，厚膜 3um 5um 和 薄膜 100-600nm

8寸LNOI晶圆;8寸LNOI助力更大规模薄膜铌酸锂产品量产

LN/LT-SOI/Si/SIN  W2W&D2W异质集成

流片： 6寸 氮化硅 铌酸锂 硅光 超高性价比流片， 1个BLOCK的价格买一整片晶圆

划重点--全国产-超高性价比-6 寸硅光-氮化硅-铌酸锂流片白皮书

我们为客户提供晶圆（硅晶圆，玻璃晶圆，SOI晶圆，GaAs，蓝宝石，碳化硅（导电，非绝缘），Ga2O3,金刚石，GaN（外延片/衬底）），镀膜（PVD,cvd,Ald，PLD）和材料（Au Cu Ag Pt Al Cr Ti Ni Sio2 Tio2 Ti3O5，Ta2O5,ZrO2,TiN，ALN,ZnO,HfO2。。更多材料），键合（石英石英键合，蓝宝石蓝宝石键合）光刻，高精度掩模版，外延，掺杂,电子束光刻等产品及加工服务(请找小编领取我们晶圆标品库存列表，为您的科学实验加速。

请联系小编免费获取原文

文章名：The plasmonic BTO-on-SiN platform – beyond 200GBd modulation for optical communications

作者：Manuel Kohli 1, Daniel Chelladurai 1, Laurenz Kulmer1, Tobias Blatter1, Yannik Horst1, Killian Keller 1,Michael Doderer1, Joel Winiger1, David Moor 1, Andreas Messner1, Tatiana Buriakova2, Clarissa Convertino3,Felix Eltes3, Yuriy Fedoryshyn1, Ueli Koch 1 and Juerg Leuthold

单位：ETH
一个高速光子平台，能够将电光调制器与低损耗的被动组件相结合，对于许多需要通过电信号操控光的领域至关重要。例如，这种结合对于进一步推进Tbit/s光通信链路、光子量子计算、低温环境的输入/输出接口、解耦AI系统、微波光子学以及光计算等应用具有重要作用。为了应对系统中不断增加的总流量需求和复杂性，理想的集成光学平台应具备高速操作、紧凑的占地面积、能够跨越最大光谱范围的工作能力，并能够处理高输入功率。目前，存在多种不同的平台和方法用于集成高速调制器。展示一种技术潜力的重要指标是最大可实现的信号带宽。在C波段超过200 GBd的演示包括BTO等离子体技术，其符号率最高可达216 GBd，POH达到256 GBd，TFLN达到260 GBd。大多数这些演示通过强度调制和直接探测（IM/DD）方案实现。另一方面，相干传输在长途通信中非常适合高数据速率，因为复杂的调制格式通过IQ调制器能够在光的相位和幅度中编码信息。超越100 GBd的IQ调制器的例子包括基于等离子体-有机混合（POH）的实验，显示160 GBd下单极化的净数据速率为790 Gbit/s，硅光子学通过极化复用（PMUX）实现105 GBd下1 Tbit/s的净数据速率，薄膜锂铌酸（TFLN）通过PMUX实现130 GBd下1.96 Tbit/s的净数据速率，以及InP通过PMUX实现192 GBd下2.03 Tbit/s的净数据速率。为了实现这些高数据速率，大多数演示除了PMUX外，还使用高阶调制格式（最高100QAM及更多）的概率形状化，其中数据通过正交极化的载波进行编码。相比之下，O波段因其低纤维色散而非常适合低复杂度、低成本的IM/DD应用。最近，直接调制激光器已被证明能够在O波段达到256 GBd，这对于数据中心内的通信是一种具有吸引力的选择。集成解决方案，包括在210 GBd下工作的TFLN调制器和在256 GBd下工作的InP吸收调制器，已展示出高符号率。尽管这些演示令人印象深刻，但高速调制器通常可以通过硅氮化物（SiN）光子学提供的先进被动性能、可扩展性、超低损耗、跨大光谱范围的透明性以及能够处理高输入功率的能力（由于微不足道的双光子吸收和相对较低的激发布里渊散射）受益。SiN光子学的优势推动了诸如频率梳生成、片上放大器、量子光源和激光器等令人印象深刻的演示。然而，SiN不提供电光效应来在高频率下调制光。在所有非线性效应中，Pockels效应尤其引人注目，因为它提供了纯相位调制。在干涉配置中，还可以实现幅度或强度调制。通过TFLN展示的超低损耗，已将其发展为具有Pockels效应的高度多功能平台，适用于许多不同的应用。与TFLN相比，SiN是CMOS兼容的，且已经可以在300毫米晶圆上实现，因为它可以直接生长在硅光子学上。因此，已经投入了大量精力将Pockels效应调制器集成到SiN平台上。例子包括基于PZT的调制器，达到40 GBd，SiN负载TFLN达到80 GBd，以及异质集成的TFLN达到80 GBd。SiN负载BTO已被利用来演示超低功率调谐。通过利用等离子体槽波导，可以在最紧凑的占地面积和非常高的速度下实现调制。最近，我们引入了等离子体BTO-on-SiN并展示了C波段下的216 GBd。BTO已成为集成电光调制器的可行候选材料。它提供了已知材料中最大的Pockels系数之一，适用于低温环境，并且可以与先进平台进行晶圆级集成。此外，BTO与等离子体技术的结合提供了优异的热稳定性，最高可达到250°C，并且在90°C下具有长期稳定的操作。因此，可以预见，SiN与BTO的结合为我们提供了一个可扩展的集成光学平台，能够在紧凑的占地面积上提供最高的速度，并具备跨大光谱范围处理高功率的能力。
在这项工作中，我们展示了BTO-on-SiN集成光学平台的潜力，使其能够实施多种针对不同应用的主动组件，特别是短程和长程通信。例如，我们展示了全集成的马赫-曾德（MZ）、IQ和赛道（RT）调制器。该BTO-on-SiN平台的操作速度达到256 GBd，线速最高可达448 Gbit/s。通过实现工作频率可达110 GHz的等离子体金属-绝缘体-金属主动部分，成功实现了如此高的速度。良好的频率响应使其能够在200 GBd时以仅1.13 Vpp的电压运行——这一标准使其成为无驱动器操作的理想解决方案。等离子体方法还允许将主动组件集成到最紧凑的占地面积上，RT、MZ和IQ调制器的占地面积分别可小至5、15和17.5微米。此项工作展示了首个基于BTO的IQ调制器和首个SiN上的IQ调制器。IQ调制器是长程通信的理想配置。低损耗的SiN被动技术与O波段的共振BTO-等离子体RT调制器的结合，特别适用于低成本强度调制/直接探测方案，从而使得器件的片上损耗低至2 dB。最后，我们通过展示1300和1550 nm窗口的器件，展示了跨大光谱窗口的操作。这些器件均在同一芯片上使用相同的方法制造，从而将等离子体BTO方法提升为一种可以根据特定应用进行定制的调制器平台。为了应对新型光学引擎所需的能源效率，我们展示了即使采用低复杂度的线性离线数字信号处理（DSP），这些调制器的高速性能也得以实现，这可能实现能源高效的实时处理。等离子体BTO-on-SiN平台在仅使用线性均衡的情况下可达到最高196 GBd的速度。
本文部分基于在OFC’24和CLEO’24会议上首次展示的工作。

结果
BTO-on-SiN平台
BTO-on-SiN平台旨在结合低损耗SiN、具有已知材料中最高Pockels效应的非线性BTO以及提供最高速度、最紧凑配置的纳米尺度等离子体技术的优势。Pockels调制器的基本构建块是相位移器。更复杂的调制器配置，如MZ和IQ调制器，可以由多个相位移器组成。

图1 BTO-on-SiN平台示意图。
a 高速BTO-on-SiN调制器概述，结合了低损耗SiN、高度非线性BTO和纳米尺度等离子体学的优势。该高速设备包括一个SiN到BTO的定向耦合器、一个短BTO波导（长度<200 µm）、一个光子-等离子体转换器和一个等离子体波导部分。
b SiN到BTO定向耦合器的横截面，过渡损耗低于0.2 dB。
c 等离子体BTO波导的横截面，包含两个金属金板，中间夹有BTO。
不同测量调制器的示意图：
d C波段MZ调制器，
e C波段IQ调制器，
f O波段RT调制器。

图1a展示了一个能够工作于110 GHz的高速等离子体BTO-on-SiN相位移器的示意图。调制器可以分为两个主要部分：用于在芯片上引导光的SiN被动部分，以及由BTO和金组成的顶部相位移器。

硅氮化物波导完全嵌入在SiO2中，在C波段具有800 × 800 nm²的截面，在O波段则为600 × 800 nm²。通过采用非晶硅覆盖光栅耦合器，解决了光纤到芯片的耦合问题，并在实验中通过添加金属镜面将耦合效率从-2.2 dB提高到-1.4 dB，在仿真中从-1.1 dB提高到-0.44 dB。O波段光栅设计为双极化，在仿真中具有-2.5 dB的高效率，在实验中为-3 dB，可以同时耦合TE和TM极化光。基于100 nm厚、2 µm宽的铂条形加热器可以用于控制干涉配置中（如MZ和IQ调制器）的相位关系。该金属位于大约1 µm高的SiN波导上，并由SiO2包裹。为了在占地面积和能效方面的未来改进，可以通过增加热隔离来优化相位调谐器，或替换为基于Pockels效应或液晶的解决方案。相位移器由以下部分组成：垂直定向耦合器（VDC）将光耦合到BTO，光子-等离子体转换器（PPC）将光聚焦到主动部分，以及等离子体波导。主动相位移器由金和BTO构成的金属-绝缘体-金属波导形成等离子体槽波导。为了将光从SiN耦合到相位移器，采用了两个阶段。首先，信号通过VDC从SiN波导层耦合到BTO波导，见图1b。C波段调制器（即MZ和IQ调制器）中，VDC的长度为80 µm。对于O波段RT调制器，其长度缩短至40 µm，以实现更短的光回程路径。图1b中展示了定向耦合器的截面。800 nm厚的SiN波导从800 nm宽逐渐收窄至200 nm，而大约100 nm高于SiN的200 nm厚BTO波导，从150 nm宽逐渐收窄至C波段中的单模波导800 nm，O波段中为600 nm。C波段的回传测量表明，BTO的传播损耗低至4.5 dB/cm，因此在200 µm以下的短传播距离中损耗可以忽略不计。VDC的过渡损耗为0.14 dB/过渡，通过回传测量确定。在PPC中，通过收缩BTO波导并将金属带得更近，直到其接触BTO，从而将光聚焦到等离子体槽中，见图1c。该等离子体转换器的工作原理已在我们之前的工作中描述，3D有限元（FEM）仿真表明损耗低于1 dB。测得的损耗将在下面的部分中讨论。通过在SiN中进行路由，这个相位移器可以放置在更复杂的结构上，以形成不同类型的调制器。接下来，我们讨论三种调制器类型的实验结果：C波段MZ调制器、C波段IQ调制器和O波段共振RT调制器。

C波段MZ调制器
C波段MZ调制器的示意图如图2a所示。

图2 C波段MZ调制器的表征。
a MZ调制器的示意图，图中每条臂内均有相位移器，并配有铂加热器以设定调制器的工作点。
b 制造的MZ调制器的光学显微镜图像。突出显示的区域为单个器件。
c 光纤到光纤插入损耗。
d 低于10 GHz的初始下降是BTO Pockels效应在等离子体器件中的固有频率响应所致。然而，调制器在高速数据实验中相关的频率响应仅在10 GHz到110 GHz范围内下降了3 dB。

光首先通过SiN中的多模干涉仪分成两条臂。然后，光被耦合到等离子体相位移器部分，并返回到波导中，在多模干涉仪耦合器（MMI）中重新组合。图2b显示了制造的器件的光学显微镜图像。等离子体相位移器部分宽150 nm，长15 µm。光子-等离子体转换器长15 µm。光纤到光纤的插入损耗如图2c所示。在当前的制造过程中，我们发现1550 nm下的插入损耗（IL）为−20.3 dB。通过回传测量，我们发现光栅耦合器的损耗为每个耦合器2.8 dB，等离子体传播损耗在150 nm宽槽中为0.5 dB/µm，光子-等离子体耦合器的损耗为每个耦合器3.5 dB。然而，仿真和参考测量表明，光纤到光纤的损耗理想情况下可以低至8.1 dB。这些较低的损耗可以分摊到等离子体部分的5 dB损耗（根据测得的材料特性得出0.33 dB/µm），每个PPC的1 dB损耗（3D FEM仿真，见参考文献12），每个VDC过渡的0.1 dB损耗，总共为0.2 dB，以及每个光栅耦合器带金属镜的0.44 dB损耗，见参考文献56。因此，制造上还有改进的空间。特别是，PPC的损耗比预期的要高，主要由于制造问题。

我们在相位移器中测得的Vπ为3.6 V，在推拉配置的MZ配置中为1.8 V，且在直流电压下工作。图2d显示了MZ调制器中相位移器从10 MHz到110 GHz的频率响应。我们发现，在MHz到低GHz范围之间有一个下降，导致在40 GHz时Vπ为6.4 V。通过比较测量和仿真Vπ，我们提取出约180 pm/V的有效Pockels效应。这个下降是由于BTO中Pockels效应的频率依赖性，可以在等离子体配置中直接观察到。频率响应在初始下降后趋于平稳，并在75 GHz附近出现一个小的共振。我们将这个共振归因于由探针设备和器件的寄生电感引起的LC峰值。频率响应在110 GHz附近下降，这种下降可以通过RC限制来解释。这是由于调制器的电容和50欧姆源的影响。我们预计通过进一步优化器件横截面和制造工艺，Vπ和带宽会得到改善。然而，BTO等离子体MZ调制器在10 GHz到110 GHz之间有3 dB的下降，这足以支持最高256 GBd的符号率。因此，这种调制器完全有能力应用于下一代Tbit/s链路。

C波段IQ调制器
IQ调制器的示意图见图3a。

图3 C波段IQ调制器的表征。
a IQ调制器的示意图，由两个MZ调制器组成。
b IQ调制器的频率响应，特征为约80 GHz的截止频率。我们发现，10 GHz到70 GHz之间存在3 dB的下降。
c IQ调制器中相位移器的扫描电子显微镜（SEM）图像。
d IQ调制器的光学显微镜图像，显示调制器与PCB的引线键合。
e IQ调制器的测量设置。将光子集成电路（PIC）切割并通过引线键合到PCB上，以连接IQ调制器的所有直流连接。
f IQ调制器的光纤到光纤传输。

它由两个并行的MZ调制器组成，构成同相和正交相位调制器。为了设置同相和正交信号之间的相位差，添加了第三个铂加热器。单个IQ调制器的占地面积为0.75 × 2.15 mm²，主要由三个加热器的占地面积（约400 × 150 µm²）主导。该IQ调制器中的等离子体部分长度为17.5 µm，宽度为100 nm。图3d显示了包含IQ调制器的芯片的光学显微镜图像。切割后的光子集成电路（PIC）被放置在印刷电路板（PCB）上，通过线束连接PIC和PCB，提供加热器的直流电源。

IQ调制器的光纤到光纤插入损耗如图3f所示。该调制器在1530 nm下的总插入损耗为22.5 dB，在1550 nm下为23.9 dB。通过回传测量，我们将约2.75 dB归因于光栅耦合器，12.25 dB归因于100 nm宽的等离子体部分中的主动部分的损耗（约0.7 dB/µm），以及每个光子-等离子体耦合器约3 dB的损耗。仿真表明，在这种配置中，光纤到光纤的插入损耗可以降低至约12 dB。相比MZ调制器，由于槽的较窄和长度较长，该调制器的损耗较大。

通过向IQ调制器中的相位移器施加正弦信号，测量了电光响应。图3f显示了频率作为电光调制的函数。我们发现，与MZ调制器类似，在MHz到GHz之间有明显的下降。然而，在IQ调制器中，由于调制器较长且等离子体间隙较小，较高的电容限制了带宽。频率响应在约70 GHz时开始下降。我们测得在直流电压下，相位移器的Vπ为4 V，MZ配置中的Vπ为2 V。与MZ调制器相比，Vπ的增大可能源自表面效应或BTO中的死层，这些死层可能是由于蚀刻造成的，因为调制器的较长长度和较小宽度应导致较低的Vπ。此外，带宽的限制进一步表明，更宽的槽更为理想。

O波段RT调制器
O波段RT调制器由一个硅氮化物总线波导和一个水平定向耦合器（HDC）组成，该耦合器连接到一个包含等离子体相位移器的RT，如图4a所示。

图4 O波段RT调制器的表征。
a O波段RT调制器的示意图，包含一个5 µm长的等离子体相位移器。
b 作为波长和偏置电压函数的片上传输。该调制器具有1931的品质因数Q，并且片上损耗小于2 dB。
c 制造的RT的光学显微镜图像。
d 在开通状态下，光载波的上侧带和下侧带的归一化调制响应，作为频率的函数。

光从总线波导耦合到RT。在总线波导中的光与来自RT的光之间发生干涉，这取决于通过一个回程所积累的相位差。因此，传输的最大值和最小值依赖于波长。通过相位移器，可以调节RT中的光程，从而改变最小值和相应最大值的光谱位置。图4b描绘了在两种不同电压下的波长函数上的芯片上的归一化传输。红色和蓝色曲线分别表示施加了不同电压（ΔV = 2 V）。我们在O波段1310–1315 nm中心测得光纤到光纤的传输损耗为−9.4 dB。参考波导的测量表明，器件的片上损耗小于2 dB。RT调制器的品质因数测得为Q = 1931，消光比大于6 dB。自由光谱范围测得为1.79 nm。通过对相位移器施加直流电压，在完全极化BTO后，我们测得的调谐效率为0.3 nm/V。这相当于直流电压下的Vπ为3 V。调制器在通道状态下的频率响应如图4d所示。通常，基于共振的调制器会受到温度敏感性影响。然而，等离子体赛道调制器在温度敏感性方面表现优于硅微环调制器。更重要的是，BTO与等离子体的结合已显示出在MZ配置下能够稳定地在110°C下调制。由于RT调制器的小品质因数和小尺寸，我们预计这一方法也会有类似的温度敏感性。

讨论
数据实验中的性能
调制器的高速性能通过C波段和O波段的长程和短程应用中的数据实验进行测试。

C波段MZ调制器以最高256 GBd的符号率运行。测量设置和数字信号处理（DSP）链路的详细信息在方法部分中描述。

图5 MZ调制器的数据实验
a MZ调制器的数据实验结果。使用2PAM时，符号率达到256 GBd；使用4PAM时，符号率为170 GBd；使用8PAM时，符号率为96 GBd，同时保持在SD-FEC限制以下，冗余率为20%。仅使用线性均衡的简化DSP时，我们达到了196 GBd，低于SD-FEC限制，160 GBd低于KP4-FEC限制。
b 作为LMS滤波器抽头数量函数的BER。我们比较了140 GBd、160 GBd和196 GBd的结果。对于140 GBd信号，仅需要少量抽头，但至少需要3个抽头才能进行均衡。对于160 GBd，21个抽头可以使传输保持在KP4-FEC限制以下。
c 使用完整DSP的400米光纤传输的眼图。在2PAM中，256 GBd可以传输，BER为3.11×10⁻²。在4PAM传输实验中，400米光纤相较于回传测量显示出较大的损失。成功地以160 GBd的符号率传输，BER为4.00×10⁻²。

图5a显示了传输符号率与比特误差率（BER）之间的关系。我们使用2PAM在256 GBd下达到了最高符号率，并且BER为2.67×10⁻²，采用了包含线性和非线性均衡的完整DSP。这一BER低于软判决前向纠错（SD-FEC）限制，20%冗余为4.0×10⁻²，见参考文献62。对于最高196 GBd的符号率，BER低于硬判决前向纠错（HD-FEC）限制3.8×10⁻³，见参考文献63。较高阶调制格式的结果如图5a中的紫色和浅蓝色部分所示。我们使用4PAM在170 GBd符号率下实现了3.75⋅10⁻²的BER。

这相当于MZ调制器的最大线路速率为340 Gbit/s。在8PAM传输实验中，以96 GBd的符号率传输，BER为3.98 × 10⁻²。

此外，还在一个400米光纤长度的光纤传输实验中对调制器进行了测试。这些实验的眼图如图5c所示。与回传眼图相比，只有轻微的退化。具体来说，使用2PAM时，以256 GBd的符号率传输了数据，BER为3.10 × 10⁻²；使用4PAM时，以160 GBd的符号率传输了数据，BER为4.00 × 10⁻²。

我们从频率响应中估算出调制器的电容约为30 fF，这导致MZ调制器的能耗约为10 fJ/bit。实验通常是在包含线性和非线性均衡的完整DSP下进行的。然而，某些应用要求更简单的复杂度，例如数据分析中的乘法运算次数。这对于低成本和能效高的IM/DD链路尤其重要。因此，我们进一步分析了调制器，通过在DSP链路中仅采用线性均衡，特别是在IM/DD链路中使用定时恢复和具有21个抽头的前馈均衡（FFE）。我们证明了即使在这种简化的设置下，BTO-on-SiN调制器也能提供高达196 GBd的性能，见图5a。对于符号率高达160 GBd，BER低于KP4-FEC限制。仅在符号率更高时，才需要非线性均衡来补偿电气路径中的非理想性。为了分析FFE在MZ调制器中的表现，图5b展示了不同2PAM信号的BER与FFE抽头数量之间的关系。在使用少于10个抽头的FFE时，MZ调制器能够以最高140 GBd的符号率传输数据，且BER低于KP4-FEC限制。对于160 GBd的信号，仅使用21个抽头就能达到KP4-FEC限制。

使用更复杂的C波段IQ调制器，我们展示了224 GBd的符号率，BER为3.79 × 10⁻²，采用相干设置，见方法部分。

图6 IQ和RT调制器的数据实验
a IQ调制器的数据实验结果，使用4QAM时，224 GBd低于SD-FEC限制，192 GBd低于HD-FEC限制，160 GBd低于KP4-FEC限制。使用简化的DSP时，数据速率高达192 GBd可以低于SD-FEC限制传输。
b O波段RT调制器的数据实验。交叉值表示使用完整DSP，而圆点表示使用简化DSP。RT调制器使用完整DSP时，符号率达到200 GBd，低于SD-FEC限制；仅使用线性均衡时，符号率为176 GBd。

图6a展示了数据实验和C波段IQ调制器的接收星座图。以224 GBd在4QAM下传输，总线速率为448 Gbit/s，低于SD-FEC限制，标志着使用BTO作为任何基底上的主动材料以及在硅氮化物上使用任何非线性材料时实现的最高数据速率。与MZ调制器类似，仅使用简化的DSP和线性均衡，符号率可达到192 GBd，保持在SD-FEC限制以下，且符号率高达160 GBd时，仍保持在HD-FEC限制以下。完整的DSP可用于最高160 GBd，以保持在KP4-FEC限制以下。

O波段RT调制器以200 GBd在O波段运行，器件插入损耗低至2 dB。数据传输实验的结果如图6b所示。该调制器使用2PAM以BER为3.10 × 10⁻²传输200 GBd的信号。对于低于180 GBd的符号率，传输信号的BER低于HD-FEC限制。与MZ调制器相同的简化DSP可用于最高176 GBd。对于高达140 GBd的速率，BER低于HD-FEC限制。

与C波段MZ调制器相比，O波段调制器的较低数据速率可以通过三个主要原因来解释。首先，O波段使用的放大器具有较高的噪声系数。第二，光电探测器经过优化用于C波段，并且在O波段的响应度低于1550 nm的响应度。第三，由于共振效应，O波段共振调制器的光学带宽低于MZ调制器。然而，通过优化设计可以解决这个问题。例如，已经有研究表明，使用C波段操作的有机电光材料的共振等离子体器件，通过RT调制器实现了超过100 GHz的带宽，并可能达到200 GHz，从而能够在220 GBd下运行。通过优化等离子体长度、RT耦合以及腔体总长度，预计BTO等离子体调制器也可以达到类似的高性能。

我们展示了一个高速BTO-on-SiN平台，能够在C波段和O波段使用IM/DD进行超过200 GBd的数据传输，并在C波段实现相干通信。所有设备都在同一芯片上制造。通过多种调制器展示了该技术的潜力。例如，C波段马赫-曾德调制器在2PAM下达到256 GBd，在4PAM下达到170 GBd，线路速率为340 Gbit/s。该调制器在直流电压下的Vπ为1.8 V。高速性能使得仅使用定时恢复和线性均衡的简化DSP（21个抽头）可以达到196 GBd，从而降低了DSP复杂度并减少了能耗。我们进一步展示了首个基于BTO的IQ调制器以及SiN平台上的首个高速IQ调制器。该调制器在4QAM下达到224 GBd，线路速率为448 Gbit/s。最后，高速BTO等离子体相位移器可用于RT调制器。我们展示了O波段BTO RT调制器在5 µm长相位移器的情况下，以200 GBd的符号率运行，片上损耗低于2 dB。相同的简化DSP可用于最高176 GBd。我们展示了调谐效率为0.3 nm/V，品质因数为1931。这些演示表明，BTO-on-SiN平台为短程和长程通信中的高速电光调制器提供了解决方案。

材料和方法
制造
本文中的调制器都在同一芯片上制造。SiN波导在光子工厂中生产，使用8英寸晶圆。波导在准备进行BTO主动材料的晶圆级集成之前，先用氧化物包覆。调制器本身是在BTO-on-SiN上，在芯片的后端（BEOL）芯片级工艺中制造的。使用电子束光刻技术对BTO进行图形化处理。随后，材料被蚀刻形成定向耦合器和BTO波导。形成等离子体槽的金属化采用电子束蒸发，并使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）定义图案。非晶硅使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）沉积。光栅通过电感耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）局部蚀刻，硅材料被选择性去除，确保不会损坏表面。在下一步中，芯片使用PECVD沉积的SiO2涂层作为包覆。对于加热器结构，需要添加更多的金属化步骤，金属层之间的交叉结构以及SiN和BTO波导。为了减少损耗和寄生耦合，层之间的距离约为1 µm。不同金属层之间的连接以及用于接触的开口通过光刻制作，这些结构通过ICP-RIE刻蚀。最后，芯片被切割成不同的部分。包含IQ调制器的芯片被粘接到PCB上，并通过导电胶进行连接，最后通过线束将PCB与IQ调制器连接到直流控制电压。

表征
回传测量是通过使用可调激光源在C波段和O波段进行的。使用光功率计跟踪光纤插入损耗。回传测量允许估算各个组件中的损耗。直流Vπ是通过将电压直接从小信号源施加到调制器并跟踪光输出进行测量的。在扫描电压之前，BTO已完全极化。高速电光带宽测量是通过对调制器施加正弦信号来进行的。该信号通过高速偏置T连接。使用了两种不同的方法来生成信号。对于最高70 GHz的测量，直接使用RF源。通过光谱分析仪跟踪调制侧带。对于70–110 GHz的测量，使用RF混频器来增加RF源的频率。在70 GHz时的重叠允许匹配生成信号的信号。为了校准该设置，通过将其连接到电气光谱分析仪，测量了电气路径中的损耗。探头的损耗来自制造商提供的数据表。

数据传输实验

图7 数据实验的测量设置
a, b C波段MZ调制器传输实验的IM/DD测量设置。
c, d O波段RT调制器的IM/DD测量设置。
e, f C波段IQ调制器的数据传输实验的相干测量设置。

数据传输实验的测量设置如图7所示。在（a，b）中显示了MZ调制器测量的设置，在（c，d）中显示了RT调制器的设置，在（e，f）中显示了IQ调制器的设置。

MZ调制器在IM/DD设置中进行了测量。在发射端（见图7a），C波段的可调激光器与芯片耦合，输入功率约为20.3 dBm，生成波长为1550 nm的光载波。使用任意波形发生器（AWG）生成一个周期性重复的信号。这些平方根升余弦形状的比特序列为最高256 GBd的符号率生成。信号通过高速偏置T与直流偏置结合。偏置用于极化BTO的域，并实现最佳调制效率。该电压值在本文中的所有测量中适配为2 V至3 V之间。在接收端（见图7b），信号通过掺铒光纤放大器（EDFA）进行放大。我们使用光电探测器和实时数字示波器（DSO）记录信号。我们进行了两次MZ实验，一次是光学回传，另一次是将调制信号通过400米长的光纤后再通过EDFA发送。

IQ调制器的测量设置（见图7e，f）是为相干通信优化的。MZ调制器采用推拉配置工作。载波设置为λ = 1550 nm，输入功率约为21 dBm。在接收端，采用光学混合器，由两个光电探测器和本地振荡器组成，并在EDFA放大后使用。然后使用DSO记录信号。

RT调制器的测量设置（见图7c）与C波段MZ调制器相似。激光器被O波段的可调激光器替代。载波设置为λ = 1315.7 nm，输入功率（光纤设备前）约为13 dBm。EDFA被钕掺光纤放大器（PDFA）替换。使用70 GHz的C波段光电探测器，预计O波段的响应度较低。

所有测量采用了两种不同类型的DSP。第一种类型仅为线性均衡。对于MZ和RT调制器，这种简化的DSP仅包含定时恢复和具有21个抽头的前馈均衡器（FFE）。对于IQ调制器，在FFE之前进行了额外的载波恢复。完整的DSP针对每种调制格式和调制器单独适配。在MZ调制器的情况下，完整的DSP由带有T/2间隔的FFE（与简化的DSP类似）和定时恢复组成。该FFE具有151个抽头。非线性均衡基于7符号模式映射（MAP）。最后，应用第二个T间隔的FFE，具有251个抽头。在8PAM调制格式的情况下，MAP减少为5符号，第二个FFE增加到1001个抽头。在4PAM的情况下，在7符号模式映射之前添加了三阶Volterra。值得注意的是，4PAM信号的完整DSP与简化DSP相比没有表现出显著改进。通过将T间隔的FFE增加到151个抽头，成功地以160 GBd的4PAM符号率传输，且BER低于SD-FEC限制。RT调制器的完整DSP与MZ调制器的2PAM信号的DSP相同。而对于IQ调制器，DSP由载波恢复、定时恢复和具有251个抽头的FFE组成。非线性均衡包含7符号模式映射和第二个FFE，具有251个抽头。

对于所有调制器，施加了约1.13 Vpp的驱动电压。该值是在200 GBd下通过电气回传测量得出的。电气路径的损耗从各个组件的数据表中减去，取50 GHz时的值，以包括电信号的近似平均损耗。