A jövőjeelektrooptikai modulátorok
Az elektrooptikai modulátorok központi szerepet játszanak a modern optoelektronikai rendszerekben, a fény tulajdonságainak szabályozásával számos területen fontos szerepet játszanak a kommunikációtól a kvantumszámítástechnikáig. Ez a tanulmány az elektrooptikai modulátor technológia jelenlegi állapotát, legújabb áttöréseit és jövőbeli fejlesztéseit tárgyalja.
1. ábra: Különböző teljesítményösszehasonlításoptikai modulátortechnológiák, beleértve a vékonyrétegű lítium-niobátot (TFLN), a III-V elektromos abszorpciós modulátorokat (EAM), a szilícium alapú és a polimer modulátorokat, a beszúrási veszteség, a sávszélesség, az energiafogyasztás, a méret és a gyártási kapacitás tekintetében.
Hagyományos szilícium alapú elektrooptikai modulátorok és azok korlátai
A szilícium alapú fotoelektromos fénymodulátorok évek óta az optikai kommunikációs rendszerek alapját képezik. A plazma diszperziós hatásán alapuló eszközök az elmúlt 25 évben figyelemre méltó fejlődést értek el, három nagyságrenddel növelve az adatátviteli sebességet. A modern szilícium alapú modulátorok akár 224 Gb/s, PAM8 modulációval pedig akár 300 Gb/s feletti 4-szintű impulzusamplitúdó-modulációt (PAM4) is elérhetnek.
A szilícium alapú modulátorok azonban alapvető korlátokkal szembesülnek, amelyek az anyagtulajdonságokból erednek. Amikor az optikai adó-vevők 200+ Gbaud-nál nagyobb baud sebességet igényelnek, ezeknek az eszközöknek a sávszélessége nehezen elégíthető ki. Ez a korlátozás a szilícium inherens tulajdonságaiból ered – a túlzott fényveszteség elkerülése és a megfelelő vezetőképesség fenntartása közötti egyensúly elkerülhetetlen kompromisszumokat teremt.
Feltörekvő modulátor technológia és anyagok
A hagyományos szilíciumalapú modulátorok korlátai az alternatív anyagok és integrációs technológiák kutatását ösztönözték. A vékonyrétegű lítium-niobát az egyik legígéretesebb platformmá vált az új generációs modulátorok számára.Vékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátoroköröklik a lítium-niobát kiváló tulajdonságait, beleértve: széles átlátszó ablakot, nagy elektrooptikai együtthatót (r33 = 31 pm/V), lineáris cellát, a Kerrs-effektus több hullámhossztartományban is működhet.
A vékonyrétegű lítium-niobát technológia legújabb fejlesztései figyelemre méltó eredményeket hoztak, beleértve egy 260 Gbaud sebességgel működő modulátort, amely csatornánként 1,96 Tb/s adatátviteli sebességet biztosít. A platform olyan egyedi előnyökkel rendelkezik, mint a CMOS-kompatibilis meghajtófeszültség és a 100 GHz-es 3 dB-es sávszélesség.
Feltörekvő technológiai alkalmazás
Az elektrooptikai modulátorok fejlesztése szorosan kapcsolódik számos területen megjelenő új alkalmazásokhoz. A mesterséges intelligencia és az adatközpontok területén...nagysebességű modulátorokfontosak a következő generációs összeköttetések szempontjából, és a mesterséges intelligencia számítástechnikai alkalmazásai hajtják a 800G és 1.6T dugaszolható adó-vevők iránti keresletet. A modulátor technológiát a következőkben is alkalmazzák: kvantuminformáció-feldolgozás neuromorfikus számítástechnika frekvenciamodulált folytonos hullám (FMCW) lidar mikrohullámú foton technológia
Különösen a vékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátorok mutatnak erősségeket az optikai számítási feldolgozómotorokban, gyors, alacsony fogyasztású modulációt biztosítva, amely felgyorsítja a gépi tanulást és a mesterséges intelligencia alkalmazásokat. Az ilyen modulátorok alacsony hőmérsékleten is működhetnek, és alkalmasak szupravezető vonalak kvantumklasszikus interfészeihez.
A következő generációs elektrooptikai modulátorok fejlesztése számos fő kihívással néz szembe: Gyártási költség és méret: a vékonyrétegű lítium-niobát modulátorok jelenleg 150 mm-es szeletgyártásra korlátozódnak, ami magasabb költségeket eredményez. Az iparágnak növelnie kell a szeletméretet, miközben megőrzi a film egyenletességét és minőségét. Integráció és közös tervezés: A sikeres fejlesztésnagy teljesítményű modulátorokátfogó közös tervezési képességeket igényel, amely magában foglalja az optoelektronikai és elektronikus chiptervezők, az EDA-beszállítók, a forrásanyagok és a csomagolási szakértők együttműködését. Gyártási összetettség: Bár a szilícium alapú optoelektronikai folyamatok kevésbé összetettek, mint a fejlett CMOS elektronika, a stabil teljesítmény és hozam elérése jelentős szakértelmet és a gyártási folyamatok optimalizálását igényli.
A mesterséges intelligencia fellendülése és a geopolitikai tényezők hatására a terület világszerte egyre nagyobb beruházásokat kap a kormányoktól, az ipartól és a magánszektortól, ami új lehetőségeket teremt az akadémiai szféra és az ipar közötti együttműködésre, és ígéretesnek tartja az innováció felgyorsítását.
Közzététel ideje: 2024. dec. 30.