Elektrooptinių moduliatorių ateitis

Ateitis išelektrooptiniai moduliatoriai

Elektrooptiniai moduliatoriai atlieka pagrindinį vaidmenį šiuolaikinėse optoelektroninėse sistemose, vaidina svarbų vaidmenį daugelyje sričių – nuo ​​komunikacijos iki kvantinio skaičiavimo, reguliuojant šviesos savybes. Šiame straipsnyje aptariama elektrooptinio moduliatoriaus technologijos dabartinė padėtis, naujausias proveržis ir ateities plėtra

1 pav. Skirtingų našumo palyginimasoptinis moduliatoriustechnologijos, įskaitant plonasluoksnį ličio niobatą (TFLN), III-V elektros sugerties moduliatorius (EAM), silicio pagrindu pagamintus ir polimerinius moduliatorius, atsižvelgiant į įterpimo nuostolius, pralaidumą, energijos suvartojimą, dydį ir gamybos pajėgumus.

Tradiciniai silicio elektrooptiniai moduliatoriai ir jų apribojimai

Silicio pagrindu pagaminti fotoelektriniai šviesos moduliatoriai daugelį metų buvo optinio ryšio sistemų pagrindas. Remiantis plazmos dispersijos efektu, tokie įrenginiai padarė didelę pažangą per pastaruosius 25 metus, padidindami duomenų perdavimo spartą trimis dydžiais. Šiuolaikiniai silicio moduliatoriai gali pasiekti 4 lygių impulsų amplitudės moduliaciją (PAM4) iki 224 Gb/s, o su PAM8 moduliacija – net daugiau nei 300 Gb/s.

Tačiau silicio pagrindu pagaminti moduliatoriai susiduria su esminiais apribojimais, kylančiais dėl medžiagos savybių. Kai optiniams siųstuvams-imtuvams reikia daugiau nei 200+ Gbaud duomenų perdavimo spartos, šių įrenginių pralaidumą sunku patenkinti. Šis apribojimas kyla dėl būdingų silicio savybių – perteklinio šviesos praradimo išvengimo ir pakankamo laidumo balansas sukuria neišvengiamus kompromisus.

Nauja moduliatorių technologija ir medžiagos

Tradicinių silicio moduliatorių trūkumai paskatino alternatyvių medžiagų ir integravimo technologijų tyrimus. Plonasluoksnis ličio niobatas tapo viena perspektyviausių naujos kartos moduliatorių platformų.Plonasluoksniai ličio niobato elektrooptiniai moduliatoriaipaveldi puikias masinio ličio niobato charakteristikas, įskaitant: platų permatomą langą, didelį elektrooptinį koeficientą (r33 = 31 pm/V) linijinį elementą Kerrs efektas gali veikti keliuose bangų ilgių diapazonuose.

Naujausi plonasluoksnės ličio niobato technologijos pažanga davė puikių rezultatų, įskaitant moduliatorių, veikiantį 260 Gbaud greičiu ir 1,96 Tb/s per kanalą duomenų perdavimo sparta. Platforma turi unikalių pranašumų, tokių kaip su CMOS suderinama pavaros įtampa ir 3 dB 100 GHz dažnių juostos plotis.

Naujos technologijos taikymas

Elektrooptinių moduliatorių kūrimas yra glaudžiai susijęs su naujais pritaikymais daugelyje sričių. Dirbtinio intelekto ir duomenų centrų srityjedidelės spartos moduliatoriaiyra svarbūs naujos kartos sujungimams, o dirbtinio intelekto programos skatina 800G ir 1.6T prijungiamų siųstuvų-imtuvų poreikį. Moduliatoriaus technologija taip pat taikoma: kvantinės informacijos apdorojimui neuromorfiniam skaičiavimui; dažnio moduliuojamoms nuolatinės bangos (FMCW) lidar mikrobangų fotonų technologijai.

Visų pirma, plonos plėvelės ličio niobato elektrooptiniai moduliatoriai rodo stiprumą optinio skaičiavimo apdorojimo varikliuose, užtikrindami greitą mažos galios moduliavimą, kuris pagreitina mašinų mokymąsi ir dirbtinio intelekto programas. Tokie moduliatoriai taip pat gali veikti žemoje temperatūroje ir yra tinkami kvantinėms klasikinėms sąsajoms superlaidžiose linijose.

Kuriant naujos kartos elektrooptinius moduliatorius susiduriama su keliais dideliais iššūkiais: Gamybos sąnaudos ir mastas: plonasluoksnių ličio niobato moduliatorių gamyba šiuo metu yra apribota iki 150 mm plokštelių, todėl išlaidos yra didesnės. Pramonė turi išplėsti plokštelių dydį, išlaikant plėvelės vienodumą ir kokybę. Integracija ir bendras projektavimas: sėkmingas vystymasdidelio našumo moduliatoriaireikalauja visapusiškų bendro projektavimo galimybių, apimančių optoelektronikos ir elektroninių lustų dizainerių, EDA tiekėjų, fontų ir pakavimo ekspertų bendradarbiavimą. Gamybos sudėtingumas: Nors silicio optoelektronikos procesai yra mažiau sudėtingi nei pažangiosios CMOS elektronikos, norint pasiekti stabilų našumą ir našumą, reikia turėti daug žinių ir optimizuoti gamybos procesą.

Dirbtinio intelekto bumo ir geopolitinių veiksnių skatinama sritis sulaukia vis daugiau vyriausybių, pramonės ir privataus sektoriaus investicijų visame pasaulyje, sukuriant naujas galimybes bendradarbiauti tarp akademinės bendruomenės ir pramonės bei žadant paspartinti inovacijas.