Elektrooptinių moduliatorių ateitis

Ateitiselektrooptiniai moduliatoriai

Elektrooptiniai moduliatoriai atlieka pagrindinį vaidmenį šiuolaikinėse optoelektronikos sistemose, atlikdami svarbų vaidmenį daugelyje sričių – nuo ​​komunikacijos iki kvantinių skaičiavimų, – reguliuodami šviesos savybes. Šiame straipsnyje aptariama dabartinė elektrooptinių moduliatorių technologijos būklė, naujausi proveržiai ir būsima plėtra.

1 pav.: Skirtingų įrenginių našumo palyginimasoptinis moduliatoriustechnologijos, įskaitant plonasluoksnius ličio niobatus (TFLN), III-V elektros absorbcijos moduliatorius (EAM), silicio pagrindu pagamintus ir polimerinius moduliatorius, atsižvelgiant į įterpties nuostolius, pralaidumą, energijos suvartojimą, dydį ir gamybos pajėgumus.

Tradiciniai silicio pagrindu pagaminti elektrooptiniai moduliatoriai ir jų apribojimai

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

Tačiau silicio pagrindu pagaminti moduliatoriai susiduria su esminiais apribojimais, kylančiais dėl medžiagos savybių. Kai optiniams siųstuvams-imtuvams reikalinga didesnė nei 200 Gbaud duomenų perdavimo sparta, šių įrenginių pralaidumą sunku patenkinti. Šis apribojimas kyla dėl būdingų silicio savybių – per didelio šviesos praradimo išvengimas ir pakankamo laidumo išlaikymas neišvengiamai sukuria kompromisus.

Naujos moduliatorių technologijos ir medžiagos

Tradicinių silicio pagrindu pagamintų moduliatorių apribojimai paskatino alternatyvių medžiagų ir integravimo technologijų tyrimus. Plonasluoksnis ličio niobatas tapo viena perspektyviausių naujos kartos moduliatorių platformų.Plonasluoksniai ličio niobato elektrooptiniai moduliatoriaipaveldi puikias birių ličio niobatų savybes, įskaitant: platų skaidrų langą, didelį elektrooptinį koeficientą (r33 = 31 pm/V), linijinį elementą, Kerso efektą, gali veikti keliuose bangos ilgių diapazonuose.

Naujausi plonasluoksnių ličio niobatų technologijos pasiekimai davė puikių rezultatų, įskaitant moduliatorių, veikiantį 260 Gbaud sparta ir 1,96 Tb/s duomenų perdavimo sparta vienam kanalui. Platforma turi unikalių privalumų, tokių kaip CMOS suderinama pavaros įtampa ir 3 dB 100 GHz dažnių juosta.

Besiformuojanti technologijų programa

Elektrooptinių moduliatorių kūrimas yra glaudžiai susijęs su naujais pritaikymais daugelyje sričių. Dirbtinio intelekto ir duomenų centrų srityje...didelio greičio moduliatoriaiyra svarbūs naujos kartos sujungimams, o dirbtinio intelekto skaičiavimo taikymas skatina 800G ir 1,6T prijungiamų siųstuvų-imtuvų paklausą. Moduliatoriaus technologija taip pat taikoma: kvantinės informacijos apdorojimui, neuromorfiniam skaičiavimui, dažnio moduliuotos nuolatinės bangos (FMCW) lidarui, mikrobangų fotonų technologijai.

Visų pirma, plonasluoksniai ličio niobato elektrooptiniai moduliatoriai pasižymi stipriomis savybėmis optiniuose skaičiavimo procesoriuose, užtikrindami greitą mažos galios moduliaciją, kuri pagreitina mašininį mokymąsi ir dirbtinio intelekto taikymus. Tokie moduliatoriai taip pat gali veikti žemoje temperatūroje ir tinka kvantinėms klasikinėms sąsajoms superlaidžiose linijose.

Kuriant naujos kartos elektrooptinius moduliatorius susiduriama su keliais pagrindiniais iššūkiais: Gamybos sąnaudos ir mastas: plonasluoksnių ličio niobato moduliatorių gamyba šiuo metu apsiriboja 150 mm plokštelių gamyba, todėl išlaidos yra didesnės. Pramonė turi padidinti plokštelių dydį, išlaikant plėvelės vienodumą ir kokybę. Integracija ir bendras projektavimas: sėkmingas kūrimasdidelio našumo moduliatoriaireikalauja išsamių bendro projektavimo pajėgumų, apimančių optoelektronikos ir elektroninių lustų dizainerių, EDA tiekėjų, šliuzų ir pakuočių ekspertų bendradarbiavimą. Gamybos sudėtingumas: nors silicio pagrindu pagaminti optoelektronikos procesai yra mažiau sudėtingi nei pažangios CMOS elektronikos, norint pasiekti stabilų našumą ir našumą, reikia didelių žinių ir gamybos procesų optimizavimo.

Dėl dirbtinio intelekto bumo ir geopolitinių veiksnių ši sritis sulaukia vis daugiau investicijų iš vyriausybių, pramonės ir privačiojo sektoriaus visame pasaulyje, o tai sukuria naujų galimybių bendradarbiauti tarp akademinės bendruomenės ir pramonės bei žada paspartinti inovacijas.