Masa depanmodulator elektro optik
Modulator elektro optik memainkan peranan penting dalam sistem optoelektronik moden, memainkan peranan penting dalam pelbagai bidang daripada komunikasi hingga pengkomputeran kuantum dengan mengawal selia sifat cahaya. Kertas kerja ini membincangkan status semasa, penemuan terkini dan perkembangan masa depan teknologi modulator elektro optik.
Rajah 1: Perbandingan prestasi bagi pelbagaimodulator optikteknologi, termasuk litium niobate filem nipis (TFLN), modulator penyerapan elektrik III-V (EAM), modulator berasaskan silikon dan polimer dari segi kehilangan sisipan, lebar jalur, penggunaan kuasa, saiz dan kapasiti pembuatan.
Modulator elektro optik berasaskan silikon tradisional dan batasannya
Modulator cahaya fotoelektrik berasaskan silikon telah menjadi asas sistem komunikasi optik selama bertahun-tahun. Berdasarkan kesan penyebaran plasma, peranti sedemikian telah mencapai kemajuan yang luar biasa sejak 25 tahun lalu, meningkatkan kadar pemindahan data sebanyak tiga peringkat magnitud. Modulator berasaskan silikon moden boleh mencapai modulasi amplitud denyut 4 peringkat (PAM4) sehingga 224 Gb/s, dan malah lebih daripada 300 Gb/s dengan modulasi PAM8.
Walau bagaimanapun, modulator berasaskan silikon menghadapi batasan asas yang berpunca daripada sifat bahan. Apabila transceiver optik memerlukan kadar baud lebih daripada 200+ Gbaud, lebar jalur peranti ini sukar untuk memenuhi permintaan. Batasan ini berpunca daripada sifat semula jadi silikon – keseimbangan dalam mengelakkan kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mengekalkan kekonduksian yang mencukupi mewujudkan pertukaran yang tidak dapat dielakkan.
Teknologi dan bahan modulator yang baru muncul
Keterbatasan modulator berasaskan silikon tradisional telah mendorong penyelidikan ke dalam bahan alternatif dan teknologi integrasi. Niobate litium filem nipis telah menjadi salah satu platform yang paling menjanjikan untuk generasi modulator baharu.Modulator elektro-optik litium niobate filem nipismewarisi ciri-ciri cemerlang litium niobate pukal, termasuk: tingkap lutsinar yang luas, pekali elektro-optik yang besar (r33 = 31 pm/V) sel linear Kesan Kerrs boleh beroperasi dalam pelbagai julat panjang gelombang
Kemajuan terkini dalam teknologi niobate litium filem nipis telah menghasilkan keputusan yang luar biasa, termasuk modulator yang beroperasi pada 260 Gbaud dengan kadar data 1.96 Tb/s setiap saluran. Platform ini mempunyai kelebihan unik seperti voltan pemacu yang serasi dengan CMOS dan lebar jalur 3-dB 100 GHz.
Aplikasi teknologi yang sedang berkembang
Perkembangan modulator elektro optik berkait rapat dengan aplikasi baru muncul dalam pelbagai bidang. Dalam bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator berkelajuan tinggiadalah penting untuk generasi sambungan seterusnya, dan aplikasi pengkomputeran AI memacu permintaan untuk transceiver boleh pasang 800G dan 1.6T. Teknologi modulator juga digunakan untuk: pemprosesan maklumat kuantum pengkomputeran neuromorfik gelombang berterusan termodulasi frekuensi (FMCW) teknologi foton gelombang mikro lidar
Khususnya, modulator elektro-optik litium niobate filem nipis menunjukkan kekuatan dalam enjin pemprosesan pengkomputeran optik, menyediakan modulasi kuasa rendah pantas yang mempercepatkan pembelajaran mesin dan aplikasi kecerdasan buatan. Modulator sedemikian juga boleh beroperasi pada suhu rendah dan sesuai untuk antara muka kuantum-klasik dalam talian superkonduktor.
Pembangunan modulator elektro optik generasi akan datang menghadapi beberapa cabaran utama: Kos dan skala pengeluaran: modulator litium niobate filem nipis kini terhad kepada pengeluaran wafer 150 mm, mengakibatkan kos yang lebih tinggi. Industri perlu mengembangkan saiz wafer sambil mengekalkan keseragaman dan kualiti filem. Integrasi dan Reka Bentuk Bersama: Kejayaan pembangunanmodulator berprestasi tinggimemerlukan keupayaan reka bentuk bersama yang komprehensif, yang melibatkan kerjasama pereka optoelektronik dan cip elektronik, pembekal EDA, sumber dan pakar pembungkusan. Kerumitan pembuatan: Walaupun proses optoelektronik berasaskan silikon kurang kompleks berbanding elektronik CMOS termaju, mencapai prestasi dan hasil yang stabil memerlukan kepakaran dan pengoptimuman proses pembuatan yang ketara.
Didorong oleh ledakan AI dan faktor geopolitik, bidang ini menerima peningkatan pelaburan daripada kerajaan, industri dan sektor swasta di seluruh dunia, mewujudkan peluang baharu untuk kerjasama antara akademia dan industri serta menjanjikan untuk mempercepatkan inovasi.
Masa siaran: 30 Dis-2024