Elektrooptiliste modulaatorite tulevik

Tulevikelektrooptilised modulaatorid

Elektrooptilised modulaatorid mängivad kaasaegsetes optoelektroonilistes süsteemides keskset rolli, mängides valguse omadusi reguleerides olulist rolli paljudes valdkondades alates sidest kuni kvantarvutuseni. Selles artiklis käsitletakse elektrooptiliste modulaatorite tehnoloogia praegust olekut, viimast läbimurret ja edasist arengut

Joonis 1: Erinevate toimivuse võrdlusoptiline modulaatortehnoloogiad, sealhulgas õhukese kilega liitiumniobaat (TFLN), III-V elektriline neeldumismodulaatorid (EAM), ränipõhised ja polümeersed modulaatorid sisestuskadude, ribalaiuse, energiatarbimise, suuruse ja tootmisvõimsuse osas.

Traditsioonilised ränipõhised elektrooptilised modulaatorid ja nende piirangud

Ränipõhised fotoelektrilised valgusmodulaatorid on olnud optiliste sidesüsteemide aluseks juba aastaid. Plasma dispersiooniefekti põhjal on sellised seadmed teinud viimase 25 aasta jooksul märkimisväärseid edusamme, suurendades andmeedastuskiirust kolme suurusjärgu võrra. Kaasaegsed ränipõhised modulaatorid suudavad saavutada 4-tasemelist impulsi amplituudmodulatsiooni (PAM4) kuni 224 Gb/s ja PAM8 modulatsiooniga isegi üle 300 Gb/s.

Ränipõhistel modulaatoritel on aga materjali omadustest tulenevad põhimõttelised piirangud. Kui optilised transiiverid nõuavad edastuskiirust üle 200+ Gbaud, on nende seadmete ribalaiust raske nõudlust rahuldada. See piirang tuleneb räni olemuslikest omadustest – ülemäärase valguskao vältimise ja piisava juhtivuse säilitamise tasakaal loob vältimatuid kompromisse.

Modulaatorite arenev tehnoloogia ja materjalid

Traditsiooniliste ränipõhiste modulaatorite piirangud on ajendanud alternatiivsete materjalide ja integratsioonitehnoloogiate uurimist. Õhukesest liitiumniobaadist on saanud uue põlvkonna modulaatorite jaoks üks paljutõotavamaid platvorme.Õhukese kilega liitiumniobaat elektrooptilised modulaatoridpärivad hulgi liitiumniobaadi suurepärased omadused, sealhulgas: lai läbipaistev aken, suur elektrooptiline koefitsient (r33 = 31 pm/V) lineaarelement Kerrsi efekt võib töötada mitmes lainepikkuse vahemikus

Hiljutised edusammud õhukese kilega liitiumniobaadi tehnoloogias on andnud märkimisväärseid tulemusi, sealhulgas modulaator, mis töötab 260 Gbaud-ga andmeedastuskiirusega 1,96 Tb/s kanali kohta. Platvormil on ainulaadsed eelised, nagu CMOS-iga ühilduv ajami pinge ja 3 dB ribalaius 100 GHz.

Arenev tehnoloogia rakendus

Elektrooptiliste modulaatorite väljatöötamine on paljudes valdkondades tihedalt seotud uute rakendustega. Tehisintellekti ja andmekeskuste valdkonnaskiired modulaatoridon olulised järgmise põlvkonna ühenduste jaoks ning tehisintellekti andmetöötlusrakendused suurendavad nõudlust 800G ja 1,6T ühendatavate transiiverite järele. Modulaatoritehnoloogiat rakendatakse ka: kvantteabe töötlemisel neuromorfsel andmetöötlusel, sagedusmoduleeritud pidevlainel (FMCW) lidari mikrolaine footontehnoloogial

Eelkõige näitavad õhukese kilega liitiumniobaadi elektrooptilised modulaatorid tugevust optilistes arvutustöötlusmootorites, pakkudes kiiret väikese võimsusega modulatsiooni, mis kiirendab masinõpet ja tehisintellekti rakendusi. Sellised modulaatorid võivad töötada ka madalatel temperatuuridel ja sobivad ülijuhtivate liinide kvantklassikaliste liideste jaoks.

Järgmise põlvkonna elektrooptiliste modulaatorite väljatöötamine seisab silmitsi mitme peamise väljakutsega: Tootmiskulud ja ulatus: õhukese kilega liitiumniobaatmodulaatorid on praegu piiratud 150 mm vahvlite tootmisega, mille tulemuseks on kõrgemad kulud. Tööstus peab suurendama vahvli suurust, säilitades samal ajal kile ühtluse ja kvaliteedi. Integratsioon ja kaasdisain: edukas arendaminesuure jõudlusega modulaatoridnõuab kõikehõlmavat kaasdisaini võimalust, mis hõlmab optoelektroonika ja elektrooniliste kiipide disainerite, EDA tarnijate, allikate ja pakendiekspertide koostööd. Tootmise keerukus: kuigi ränipõhised optoelektroonika protsessid on vähem keerukad kui täiustatud CMOS-elektroonika, on stabiilse jõudluse ja tootluse saavutamiseks vaja märkimisväärseid teadmisi ja tootmisprotsessi optimeerimist.

Tehisintellekti buumi ja geopoliitiliste tegurite ajendiks saab valdkond valitsustelt, tööstuselt ja erasektorilt üle maailma suuremaid investeeringuid, luues uusi koostöövõimalusi akadeemiliste ringkondade ja tööstuse vahel ning lubades kiirendada innovatsiooni.