Prihodnost elektro optičnih modulatorjev

PrihodnostElektro optični modulatorji

Elektro optični modulatorji igrajo osrednjo vlogo v sodobnih optoelektronskih sistemih, ki igrajo pomembno vlogo na številnih področjih od komunikacije do kvantnega računalništva z uravnavanjem lastnosti svetlobe. Ta članek obravnava trenutno stanje, najnovejši preboj in prihodnji razvoj tehnologije elektro optičnega modulatorja

Slika 1: Primerjava uspešnosti različnihOptični modulatorTehnologije, vključno s tankim filmskim litijevim niobatom (TFLN), III-V Električnimi absorpcijskimi modulatorji (EAM), modulatorji na osnovi silicija in polimerov v smislu izgube vstavitve, pasovne širine, porabe energije, velikosti in proizvodne zmogljivosti.

Tradicionalni elektro modulatorji na osnovi silicija in njihove omejitve

Fotoelektrični svetlobni modulatorji na osnovi silicija so že vrsto let osnova optičnih komunikacijskih sistemov. Na podlagi učinka disperzije v plazmi so takšne naprave v zadnjih 25 letih dosegle izjemen napredek, kar je povečalo hitrost prenosa podatkov za tri naročila. Sodobni silicijevi modulatorji lahko dosežejo 4-stopenjsko impulzno amplitudno modulacijo (PAM4) do 224 GB/s in celo več kot 300 GB/s z modulacijo PAM8.

Vendar se silicijevi modulatorji soočajo s temeljnimi omejitvami, ki izhajajo iz materialnih lastnosti. Kadar optični oddajniki zahtevajo stopnjo baud več kot 200+ GBAUD, je pasovno širino teh naprav težko zadovoljiti povpraševanje. Ta omejitev izhaja iz inherentnih lastnosti silicija - ravnotežje izogibanja prekomerni izgubi svetlobe in ohranjanje zadostne prevodnosti ustvarja neizogibne kompromise.

Nastajajoča tehnologija in materiali modulatorja

Omejitve tradicionalnih silicijevih modulatorjev so spodbudile raziskave alternativnih materialov in tehnologij integracije. Tanki film Litij Niobate je postal ena najbolj obetavnih platform za novo generacijo modulatorjev.Elektro-optični modulatorji tankega filma Litij NiobatePodedujejo odlične značilnosti razsutega litijevega niobata, vključno s: široko prozorno okno, velik elektro-optični koeficient (R33 = 31 pm/v) Linearni celični Kerrs učinek lahko deluje v več valovni dolžini

Nedavni napredek v tehnologiji tankega filmskega litijevega niobata je prinesel izjemne rezultate, vključno z modulatorjem, ki deluje pri 260 GBAUD s hitrostjo podatkov 1,96 TB/s na kanal. Platforma ima edinstvene prednosti, kot sta CMOS-združljiva pogonska napetost in 3-dB pasovna širina 100 GHz.

Nastajajoča aplikacija za tehnologijo

Razvoj elektro optičnih modulatorjev je tesno povezan z nastajajočimi aplikacijami na številnih področjih. Na področju umetne inteligence in podatkovnih centrov,Modulatorji visokih hitrostiso pomembne za naslednjo generacijo medsebojnih povezav, AI računalniške aplikacije pa poganjajo povpraševanje po 800 g in 1,6T vtični oddajnikih. Tehnologija modulatorja se uporablja tudi za: kvantno obdelavo informacij nevromorfno računalniško frekvenčno modulirano kontinuirano valovanje (FMCW) Lidar mikrovalovnega fotona

Zlasti elektro filmski litijev niobat elektro-optični modulatorji kažejo moč pri optičnih računalniških procesorskih motorjih, kar zagotavlja hitro modulacijo z nizko močjo, ki pospešuje strojno učenje in aplikacije umetne inteligence. Takšni modulatorji lahko delujejo tudi pri nizkih temperaturah in so primerni za kvantno klasične vmesnike v superprevodnih linijah.

Razvoj elektronskih optičnih modulatorjev nove generacije se sooča z več glavnimi izzivi: proizvodni stroški in lestvica: tanko-film litijev niobatski modulatorji so trenutno omejeni na 150 mm proizvodnje rezin, kar ima za posledico večje stroške. Industrija mora razširiti velikost rezin, hkrati pa ohranjati filmsko enotnost in kakovost. Integracija in sooblikovanje: uspešen razvojvisokozmogljivi modulatorjiZahteva celovite zmogljivosti sooblikovanja, ki vključujejo sodelovanje optoelektronike in elektronskih oblikovalcev čipov, dobaviteljev EDA, fontanov in strokovnjakov za embalažo. Kompleksnost proizvodnje: Medtem ko so procesi optoelektronike na osnovi silicija manj zapleteni kot napredna elektronika CMOS, doseganje stabilne zmogljivosti in donosa zahteva pomembno strokovno znanje in optimizacijo proizvodnih procesov.

Področje, ki ga vodijo AI in geopolitični dejavniki, področje prejema večje naložbe vlad, industrije in zasebnega sektorja po vsem svetu, kar ustvarja nove priložnosti za sodelovanje med akademijo in industrijo in obljublja, da bo pospešilo inovacije.