Viitorul modulatorilor electro optici

ViitorulModulatoare electro optice

Modulatorii electro -optici joacă un rol central în sistemele optoelectronice moderne, jucând un rol important în multe domenii, de la comunicare la calculul cuantic prin reglarea proprietăților luminii. Acest referat discută starea actuală, cea mai recentă descoperire și dezvoltarea viitoare a tehnologiei modulatorului electro optic

Figura 1: Comparația performanței diferitelorModulator opticTehnologii, incluzând niobat de litiu cu film subțire (TFLN), modulatori de absorbție electrică III-V (EAM), modulatori pe bază de siliciu și polimer în ceea ce privește pierderea de inserție, lățimea de bandă, consumul de energie, dimensiunea și capacitatea de fabricație.

Modulatoare electro optice tradiționale bazate pe siliciu și limitările acestora

Modulatoarele fotoelectrice bazate pe siliciu au stat la baza sistemelor de comunicare optică de mai mulți ani. Pe baza efectului de dispersie plasmatică, astfel de dispozitive au înregistrat progrese remarcabile în ultimii 25 de ani, creșterea ratelor de transfer de date cu trei ordine de mărime. Modulatoarele moderne pe bază de siliciu pot obține o modulare a amplitudinii impulsurilor la 4 niveluri (PAM4) de până la 224 GB/s și chiar mai mult de 300 GB/s cu modularea PAM8.

Cu toate acestea, modulatorii pe bază de siliciu se confruntă cu limitări fundamentale care decurg din proprietățile materialelor. Atunci când transceiver -urile optice necesită rate de transfer de peste 200 de GBAUD, lățimea de bandă a acestor dispozitive este dificil de satisfăcut cererea. Această limitare provine din proprietățile inerente ale siliciului - echilibrul evitării pierderii excesive de lumină, menținând în același timp o conductivitate suficientă creează compromisuri inevitabile.

Tehnologie și materiale modulatoare emergente

Limitările modulatorilor tradiționali pe bază de siliciu au determinat cercetarea în materiale alternative și tehnologii de integrare. Niobate de litiu cu film subțire a devenit una dintre cele mai promițătoare platforme pentru o nouă generație de modulatori.Modulatoare electro-optice cu film subțire de litiu niobateMoșteniți caracteristicile excelente ale niobatului litiu în vrac, inclusiv: fereastră transparentă largă, coeficient electro-optic mare (R33 = 31 pm/v) Efectul Kerrs cu celule liniare poate funcționa în mai multe intervale de lungime de undă

Progresele recente în tehnologia niobate de litiu cu film subțire au dat rezultate remarcabile, inclusiv un modulator care operează la 260 gbaud, cu rate de date de 1,96 TB/s pe canal. Platforma are avantaje unice, cum ar fi tensiunea de acționare compatibilă CMOS și lățimea de bandă 3-DB de 100 GHz.

Aplicație tehnologică emergentă

Dezvoltarea modulatorilor electro optici este strâns legată de aplicațiile emergente în multe domenii. În domeniul inteligenței artificiale și al centrelor de date,Modulatoare de mare vitezăsunt importante pentru următoarea generație de interconectări, iar aplicațiile de calcul AI determină cererea pentru transceiver -uri de 800g și 1,6 T. Tehnologia modulatorului este, de asemenea, aplicată la: Procesarea informațiilor cuantice Frecvența de calcul neuromorfică Frecvența modulată de undă continuă (FMCW) LiDAR cu microunde LIDAR

În special, modulatoarele electro-optice cu litiu subțire de litiu niobate arată o rezistență în motoarele de procesare a calculului optic, oferind o modulare rapidă cu putere redusă care accelerează învățarea automată și aplicațiile de inteligență artificială. Astfel de modulatori pot funcționa, de asemenea, la temperaturi scăzute și sunt potrivite pentru interfețele cuantice-clasice în liniile superconductoare.

Dezvoltarea modulatorilor electro optici de generație următoare se confruntă cu mai multe provocări majore: costul de producție și scara: Modulatoarele de niobate de litiu cu film subțire sunt în prezent limitate la producția de wafer de 150 mm, ceea ce duce la costuri mai mari. Industria trebuie să extindă dimensiunea waferului, menținând în același timp uniformitatea și calitatea filmului. Integrare și co-proiectare: dezvoltarea cu succes aModulatoare de înaltă performanțăNecesită capacități cuprinzătoare de co-design, care implică colaborarea de optoelectronici și proiectanți de cipuri electronice, furnizori EDA, fumuri și experți în ambalaje. Complexitate de fabricație: în timp ce procesele optoelectronice pe bază de siliciu sunt mai puțin complexe decât electronica avansată CMOS, obținerea performanței și randamentului stabil necesită o expertiză semnificativă și optimizarea proceselor de fabricație.

Condus de boom -ul AI și factorii geopolitici, domeniul primește investiții sporite din partea guvernelor, industriei și sectorului privat din întreaga lume, creând noi oportunități de colaborare între mediul academic și industrie și promițător de a accelera inovarea.