Masa depan modulator optik elektro

Masa depanmodulator optik elektro

Modulator optik elektro memainkan peranan utama dalam sistem optoelektronik moden, memainkan peranan penting dalam banyak bidang dari komunikasi ke pengkomputeran kuantum dengan mengawal sifat cahaya. Makalah ini membincangkan status semasa, terobosan terkini dan pembangunan teknologi modulator optik masa depan

Rajah 1: Perbandingan prestasi berbezamodulator optikTeknologi, termasuk filem lithium niobate nipis (TFLN), modulator penyerapan elektrik III-V (EAM), modulator berasaskan silikon dan polimer dari segi kehilangan sisipan, jalur lebar, penggunaan kuasa, saiz, dan kapasiti pembuatan.

Modulator optik elektro berasaskan silikon tradisional dan batasan mereka

Modulator cahaya fotoelektrik berasaskan silikon telah menjadi asas sistem komunikasi optik selama bertahun-tahun. Berdasarkan kesan penyebaran plasma, peranti sedemikian telah membuat kemajuan yang luar biasa dalam tempoh 25 tahun yang lalu, meningkatkan kadar pemindahan data dengan tiga pesanan magnitud. Modulator berasaskan silikon moden boleh mencapai modulasi amplitud nadi 4 peringkat (PAM4) sehingga 224 GB/s, dan 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, jalur lebar peranti ini sukar untuk memenuhi permintaan. Batasan ini berpunca dari sifat -sifat silikon yang wujud - keseimbangan mengelakkan kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mengekalkan kekonduksian yang mencukupi menghasilkan tradeoffs yang tidak dapat dielakkan.

Teknologi dan bahan modulator yang muncul

Keterbatasan modulator berasaskan silikon tradisional telah mendorong penyelidikan ke dalam bahan alternatif dan teknologi integrasi. Filem nipis lithium niobate telah menjadi salah satu platform yang paling menjanjikan untuk generasi baru modulator.Modulator Elektro-optik Lithium Niobate Filem Niobatemewarisi ciri-ciri litium niobate pukal, termasuk: tetingkap telus yang luas, pekali elektro-optik yang besar (R33 = 31 pm/v) Kesan Kerrs sel linear boleh beroperasi dalam pelbagai gelombang panjang gelombang

Kemajuan baru -baru ini dalam teknologi nipis lithium niobate telah menghasilkan hasil yang luar biasa, termasuk modulator yang beroperasi pada 260 GBaud dengan kadar data 1.96 TB/s setiap saluran. Platform ini mempunyai kelebihan yang unik seperti voltan pemacu yang serasi CMOS dan jalur lebar 3-dB 100 GHz.

Aplikasi Teknologi Muncul

Perkembangan modulator optik elektro berkait rapat dengan aplikasi baru muncul dalam banyak bidang. Dalam bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator berkelajuan tinggiadalah penting untuk interkoneksi generasi akan datang, dan aplikasi pengkomputeran AI memacu permintaan untuk transceiver pluggable 800g dan 1.6T. Teknologi modulator juga digunakan untuk: pemprosesan maklumat kuantum kekerapan pengkomputeran neuromorfik yang dimodulasi gelombang berterusan (FMCW) teknologi foton gelombang lidar lidar

Khususnya, modulator elektro-optik lithium filem nipis menunjukkan kekuatan dalam enjin pemprosesan pengiraan optik, menyediakan modulasi kuasa rendah yang cepat yang mempercepat pembelajaran mesin dan aplikasi kecerdasan buatan. Modulator sedemikian juga boleh beroperasi pada suhu rendah dan sesuai untuk antara muka kuantum-klasik dalam garis superconducting.

Perkembangan modulator optik elektro generasi akan datang menghadapi beberapa cabaran utama: kos pengeluaran dan skala: modulator lithium nipis nipis niobate kini terhad kepada pengeluaran wafer 150 mm, mengakibatkan kos yang lebih tinggi. Industri ini perlu mengembangkan saiz wafer sambil mengekalkan keseragaman dan kualiti filem. Integrasi dan reka bentuk bersama: pembangunan yang berjayamodulator berprestasi tinggiMemerlukan keupayaan reka bentuk bersama yang komprehensif, yang melibatkan kerjasama optoelectronics dan pereka cip elektronik, pembekal EDA, fount, dan pakar pembungkusan. Kerumitan pembuatan: Walaupun proses optoelektronik berasaskan silikon kurang kompleks daripada elektronik CMOS maju, mencapai prestasi dan hasil yang stabil memerlukan pengoptimuman proses kepakaran dan pembuatan yang signifikan.

Didorong oleh ledakan AI dan faktor geopolitik, bidang ini menerima peningkatan pelaburan dari kerajaan, industri dan sektor swasta di seluruh dunia, mewujudkan peluang baru untuk kerjasama antara akademik dan industri dan menjanjikan untuk mempercepatkan inovasi.