Viitorul modulatorilor electro optici

Viitorul luimodulatoare electro optice

Modulatoarele electro optice 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. Această lucrare discută starea actuală, cea mai recentă descoperire și dezvoltarea viitoare a tehnologiei modulatoarelor electro optice

Figura 1: Compararea performanței diferitelormodulator optictehnologii, inclusiv niobat de litiu cu peliculă subțire (TFLN), modulatori electrici de absorbție III-V (EAM), modulatori pe bază de siliciu și polimeri în ceea ce privește pierderea de inserție, lățimea de bandă, consumul de energie, dimensiunea și capacitatea de producție.

Modulatoare electro optice tradiționale pe bază de siliciu și limitările acestora

Modulatoarele fotoelectrice de lumină pe bază de siliciu au stat la baza sistemelor de comunicații optice de mulți ani. Pe baza efectului de dispersie a plasmei, astfel de dispozitive au făcut progrese remarcabile în ultimii 25 de ani, crescând ratele de transfer de date cu trei ordine de mărime. Modulatoarele moderne pe bază de siliciu pot realiza modulația de amplitudine a impulsurilor pe 4 niveluri (PAM4) de până la 224 Gb/s și chiar mai mult de 300 Gb/s cu modulația PAM8.

Cu toate acestea, modulatorii pe bază de siliciu se confruntă cu limitări fundamentale care decurg din proprietățile materialelor. Atunci când transceiverele optice necesită viteze baud de peste 200+ Gbaud, lățimea de bandă a acestor dispozitive este dificil de a satisface cererea. Această limitare provine din proprietățile inerente ale siliciului - echilibrul de a evita pierderea excesivă de lumină în timp ce menține o conductivitate suficientă creează compromisuri inevitabile.

Tehnologia și materialele modulatoare emergente

Limitările modulatorilor tradiționali pe bază de siliciu au determinat cercetarea materialelor alternative și a tehnologiilor de integrare. Niobat de litiu cu peliculă subțire a devenit una dintre cele mai promițătoare platforme pentru o nouă generație de modulatori.Modulatori electro-optici cu niobat de litiu cu peliculă subțiremoștenesc caracteristicile excelente ale niobatului de litiu în vrac, inclusiv: fereastră mare transparentă, coeficient electro-optic mare (r33 = 31 pm/V) celulă liniară Efectul Kerrs poate funcționa în mai multe intervale de lungimi de undă

Progresele recente în tehnologia niobatului de litiu cu film subțire au dat rezultate remarcabile, inclusiv un modulator care funcționează la 260 Gbaud cu rate de date de 1,96 Tb/s pe canal. Platforma are avantaje unice, cum ar fi tensiunea unității compatibile cu CMOS și lățimea de bandă de 3 dB de 100 GHz.

Aplicație de tehnologie 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 interconexiuni, iar aplicațiile de calcul AI stimulează cererea pentru transceiver-uri conectabile 800G și 1.6T. Tehnologia modulatorului se aplică și la: procesarea cuantică a informațiilor calcularea neuromorfă Undă continuă modulată în frecvență (FMCW) tehnologia fotonului lidar cu microunde

În special, modulatoarele electro-optice cu niobat de litiu cu peliculă subțire arată puterea în motoarele optice de procesare computațională, oferind o modulare rapidă de putere redusă care accelerează aplicațiile de învățare automată și inteligență artificială. Astfel de modulatori pot funcționa și la temperaturi scăzute și sunt potriviți pentru interfețele cuantice-clasice din liniile supraconductoare.

Dezvoltarea modulatoarelor electro optice de ultimă generație se confruntă cu câteva provocări majore: Costul de producție și scara: modulatoarele cu niobat de litiu cu peliculă subțire sunt în prezent limitate la producția de plachete de 150 mm, ceea ce duce la costuri mai mari. Industria trebuie să extindă dimensiunea plachetelor, menținând în același timp uniformitatea și calitatea filmului. Integrare și Co-design: Dezvoltarea cu succes amodulatori de înaltă performanțănecesită capacități cuprinzătoare de co-proiectare, care implică colaborarea dintre designeri de optoelectronici și cipuri electronice, furnizori EDA, surse și experți în ambalare. Complexitatea producției: în timp ce procesele optoelectronice pe bază de siliciu sunt mai puțin complexe decât electronicele CMOS avansate, obținerea unor performanțe și randamente stabile necesită o expertiză semnificativă și optimizarea procesului de producție.

Impulsat de boom-ul AI și de 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 promițând să accelereze inovarea.