Elektrooptiliste modulaatorite tulevik

TulevikElektrooptilised modulaatorid

Elektrooptiliste modulaatorid mängivad keskset rolli tänapäevastes optoelektroonilistes süsteemides, mängides olulist rolli paljudes valdkondades alates suhtlusest kuni kvantarvutuseni, reguleerides valguse omadusi. Selles artiklis käsitletakse elektrioptilise modulaatori tehnoloogia hetkeseisu, uusimat läbimurret ja edasist arendamist

Joonis 1: Erinevate jõudluse võrdlusoptiline modulaatorTehnoloogiad, sealhulgas õhukese kile liitium-niobaat (TFLN), III-V elektriliste neeldumismodulaatorid (EAM), ränipõhised ja polümeerimodulaatorid sisestamise kadumise, ribalaiuse, energiatarbimise, suuruse ja tootmisvõime osas.

Traditsioonilised ränipõhised elektrooptilised modulaatorid ja nende piirangud

Ränipõhised fotoelektrilise valguse modulaatorid on olnud optiliste sidesüsteemide alus aastaid. Plasma dispersiooniefekti põhjal on sellised seadmed viimase 25 aasta jooksul märkimisväärset edu saavutanud, suurendades andmeedastuskiirust kolme suurusjärgu võrra. Kaasaegsed ränipõhised modulaatorid suudavad saavutada 4-tasemelise impulsi amplituudmodulatsiooni (PAM4) kuni 224 GB/s ja isegi rohkem kui 300 GB/s koos PAM8 modulatsiooniga.

Ränipõhised modulaatorid seisavad aga materiaalsetest omadustest tuleneva põhipiiranguga. Kui optilised transiiverid nõuavad BAUD -i määra rohkem kui 200+ gbaudit, on nende seadmete ribalaiust nõudlust keeruline rahuldada. See piirang tuleneb räni loomupärastest omadustest - liigse valguse kaotuse vältimise tasakaal, säilitades samal ajal piisava juhtivuse tekitavad vältimatuid kompromissid.

Tekkiv modulaatori tehnoloogia ja materjalid

Traditsiooniliste ränipõhiste modulaatorite piirangud on ajendanud uuringuid alternatiivsete materjalide ja integratsioonitehnoloogiate osas. Õhukese kile liitium -niobaadist on saanud uue põlvkonna modulaatorite jaoks üks lootustandvamaid platvorme.Õhuke kile liitium-niobaadi elektro-optilised modulaatoridPärige liitium-niobaadi suurepäraseid omadusi, sealhulgas: lai läbipaistev aken, suur elektrooptiline koefitsient (R33 = 31 pm/v) Lineaarraku kerri efekt võib töötada mitme lainepikkusega vahemikus

Hiljutised edusammud õhukese kile liitium -niobaaditehnoloogias on andnud märkimisväärseid tulemusi, sealhulgas modulaator, mis töötab 260 gbaudiga, andmeedastuskiirusega 1,96 TB/s kanali kohta. Platvormil on ainulaadsed eelised, näiteks CMOS-iga ühilduv ajami pinge ja 3-dB ribalaius 100 GHz.

Tekkiv tehnoloogia rakendus

Elektrooptiliste modulaatorite väljatöötamine on tihedalt seotud tekkivate rakendustega paljudes valdkondades. Tehisintellekti ja andmekeskuste valdkonnaskiire modulaatoridon olulised järgmise põlvkonna ühenduste jaoks ja AI arvutusrakendused põhjustavad nõudlust 800G ja 1,6T PLAGGITAB TRANSEVERIDELE. Modulaatoritehnoloogiat rakendatakse ka: kvantteabe töötlemise neuromorfne arvutamise sageduse moduleeritud pideva laine (FMCW) LiDAR mikrolainefootonitehnoloogia

Täpsemalt, õhukese kile liitium-niobaadi elektro-optiliste modulaatorid näitavad tugevust optilistes arvutusliku töötlemismootorites, pakkudes kiiret vähese energiatarbega modulatsiooni, mis kiirendab masinõpet ja tehisintellekti rakendusi. Sellised modulaatorid saavad töötada ka madalatel temperatuuridel ja sobivad kvantklassikaliste liideste jaoks ülijuhtivates liinides.

Järgmise põlvkonna elektrooptiliste modulaatorite väljatöötamine seisab silmitsi mitmete peamiste väljakutsetega: tootmiskulud ja skaala: õhukese kile liitium-niobaadi modulaatorid on praegu piiratud 150 mm vahvli tootmisega, mille tulemuseks on suuremad kulud. Tööstus peab laiendama vahvli suurust, säilitades samal ajal kile ühtluse ja kvaliteedi. Integreerimine ja kaaskujundus: edukas arengsuure jõudlusega modulaatoridNõuab põhjalikke kaasprojekteerimisvõimalusi, hõlmates optoelektroonika ja elektrooniliste kiibide kujundajate, EDA tarnijate, varustuste ja pakendiekspertide koostööd. Tootmise keerukus: Kuigi ränipõhised optoelektroonika protsessid on vähem keerukad kui täiustatud CMOS-elektroonika, nõuab stabiilse jõudluse ja saagikuse saavutamine olulisi teadmisi ja tootmisprotsesside optimeerimist.

AI buumi ja geopoliitiliste tegurite ajendatud valdkond saab valitsuste, tööstuse ja erasektori suurenenud investeeringuid kogu maailmas, luues uusi võimalusi akadeemiliste ringkondade ja tööstuse vaheliseks koostööks ning lubades kiirendada innovatsiooni.