Budućnost elektro -optičkih modulatora

BudućnostElektro optički modulatori

Elektro optički modulatori igraju središnju ulogu u modernim optoelektronskim sustavima, igrajući važnu ulogu u mnogim poljima od komunikacije do kvantnog računanja reguliranjem svojstava svjetlosti. Ovaj rad govori o trenutnom statusu, najnovijem proboju i budućem razvoju tehnologije elektro optičkog modulatora

Slika 1: Usporedba performansi različitihoptički modulatorTehnologije, uključujući tanki film litij niobat (TFLN), III-V modulatori električne apsorpcije (EAM), modulatori na bazi silicija i polimera u smislu gubitka umetanja, propusnosti, potrošnje energije, veličine i proizvodnje.

Tradicionalni elektrooptički modulatori na bazi silicija i njihova ograničenja

Modulatori fotoelektričnog svjetla na bazi silicija osnova su optičkih komunikacijskih sustava dugi niz godina. Na temelju učinka disperzije u plazmi, takvi su uređaji postigli značajan napredak u posljednjih 25 godina, povećavajući stope prijenosa podataka za tri reda veličine. Moderni modulatori na bazi silicija mogu postići modulaciju amplitude pulsa na 4 razine (PAM4) do 224 GB/s, a čak i više od 300 GB/s modulacijom PAM8.

Međutim, modulatori na bazi silicija suočavaju se s temeljnim ograničenjima koja proizlaze iz svojstava materijala. Kad optički primopredajnici zahtijevaju stopu prijenosa veće od 200+ GBAUD -a, propusnost ovih uređaja teško je zadovoljiti potražnju. Ovo ograničenje proizlazi iz inherentnih svojstava silicija - ravnoteža izbjegavanja pretjeranog gubitka svjetlosti uz održavanje dovoljne vodljivosti stvara neizbježne kompromise.

Tehnologija i materijali modulara u nastajanju

Ograničenja tradicionalnih silicijskih modulatora pokretala su istraživanje alternativnih materijala i integracijskih tehnologija. Tanki film litij niobate postao je jedna od najperspektivnijih platformi za novu generaciju modulatora.Tanki film litij niobate elektro-optički modulatoriNasljeđuju izvrsne karakteristike rasutog litija niobata, uključujući: širok prozirni prozor, veliki elektro-optički koeficijent (R33 = 31 pm/v) Linearni ćelijski efekt Kerrs može raditi u više valnih raspona valne duljine

Nedavni napredak tehnologije litij niobate tankih filmova dao je izvanredne rezultate, uključujući modulator koji radi na 260 GBAUD -a sa brzinom prijenosa podataka od 1,96 TB/s po kanalu. Platforma ima jedinstvene prednosti kao što su pogonski napon kompatibilan s CMOS-om i propusnost od 3-dB od 100 GHz.

Primjena tehnologije u nastajanju

Razvoj elektro -optičkih modulatora usko je povezan s početnim aplikacijama u mnogim poljima. U području umjetne inteligencije i podatkovnih centara,modulatori velike brzinevažni su za sljedeću generaciju međusobnih veza, a AI računalne aplikacije pokreću potražnju za 800 g i 1,6T primopredajnika. Tehnologija modulatora također se primjenjuje na: kvantna obrada informacija Neuromorfna računalna frekvencija Modulirana kontinuiranog vala (FMCW) Lidar Microwane Photon Technology

Konkretno, elektro-optički modulatori tankih filmova litij niobate pokazuju snagu u motorima optičkih računalnih obrada, pružajući brzu modulaciju male snage koja ubrzava strojno učenje i primjenu umjetne inteligencije. Takvi modulatori također mogu raditi na niskim temperaturama i prikladni su za kvantno-klasična sučelja u superprevodnim linijama.

Razvoj elektro-optičkih modulatora sljedeće generacije suočen je s nekoliko glavnih izazova: Trošak proizvodnje i razmjera: Modulatori litij niobata u tankom filmu trenutno su ograničeni na 150 mm proizvodnju vafla, što je rezultiralo većim troškovima. Industrija mora proširiti veličinu vafera uz održavanje ujednačenosti i kvalitete filma. Integracija i suigrač: Uspješan razvojmodulatori visoke performanseZahtijeva sveobuhvatne sposobnosti zajedničkog dizajna, koja uključuje suradnju optoelektronika i elektroničkih dizajnera čipova, dobavljača EDA-e, fondova i stručnjaka za pakiranje. Složenost proizvodnje: Iako su procesi optoelektronike utemeljeni na silicijumu manje složeni od napredne CMOS elektronike, postizanje stabilnih performansi i prinosa zahtijeva značajnu optimizaciju stručnosti i proizvodnje.

Vođen AI procvatom i geopolitičkim čimbenicima, polje dobiva povećana ulaganja od vlada, industrije i privatnog sektora širom svijeta, stvarajući nove mogućnosti za suradnju između akademije i industrije i obećavajući ubrzati inovacije.