Masa depan modulator elektro optik

masa depanmodulator elektro optik

Modulator elektro optik memainkan peranan penting dalam sistem optoelektronik moden, memainkan peranan penting dalam banyak bidang daripada komunikasi kepada pengkomputeran kuantum dengan mengawal sifat cahaya. Kertas kerja ini membincangkan status semasa, penemuan terkini dan pembangunan masa depan teknologi modulator elektro optik

Rajah 1: Perbandingan prestasi berbezamodulator optikteknologi, termasuk filem nipis lithium niobate (TFLN), modulator penyerapan elektrik (EAM) III-V, 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 sepanjang 25 tahun yang lalu, meningkatkan kadar pemindahan data sebanyak tiga urutan magnitud. Modulator berasaskan silikon moden boleh mencapai modulasi amplitud nadi 4 peringkat (PAM4) sehingga 224 Gb/s, 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. Had ini berpunca daripada sifat sedia ada silikon - keseimbangan mengelakkan kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mengekalkan kekonduksian yang mencukupi mewujudkan pertukaran yang tidak dapat dielakkan.

Teknologi dan bahan modulator yang baru muncul

Batasan modulator berasaskan silikon tradisional telah mendorong penyelidikan ke dalam bahan alternatif dan teknologi penyepaduan. Litium niobate filem nipis telah menjadi salah satu platform yang paling menjanjikan untuk modulator generasi baharu.Modulator elektro-optik litium niobate filem nipismewarisi ciri-ciri cemerlang litium niobate pukal, termasuk: tingkap lutsinar lebar, pekali elektro-optik yang besar (r33 = 31 pm/V) sel linear Kesan Kerrs boleh beroperasi dalam julat panjang gelombang berbilang

Kemajuan terkini dalam teknologi litium niobate filem nipis telah membuahkan hasil 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 serasi CMOS dan lebar jalur 3-dB 100 GHz.

Aplikasi teknologi baru muncul

Pembangunan modulator elektro optik berkait rapat dengan aplikasi baru muncul dalam banyak bidang. Dalam bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator berkelajuan tinggiadalah penting untuk sambungan generasi 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 Frekuensi gelombang berterusan termodulat (FMCW) teknologi foton gelombang mikro lidar

Khususnya, modulator elektro-optik litium niobate filem nipis menunjukkan kekuatan dalam enjin pemprosesan pengiraan 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 pengeluaran dan skala: modulator litium niobate filem nipis kini dihadkan 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, melibatkan kerjasama pereka optoelektronik dan cip elektronik, pembekal EDA, sumber air dan pakar pembungkusan. Kerumitan pembuatan: Walaupun proses optoelektronik berasaskan silikon kurang kompleks berbanding elektronik CMOS canggih, untuk mencapai prestasi dan hasil yang stabil memerlukan kepakaran yang ketara dan pengoptimuman proses pembuatan.

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 ahli akademik dan industri serta menjanjikan untuk mempercepatkan inovasi.