A jövőjeelektrooptikai modulátorok
Az elektrooptikai modulátorok központi szerepet játszanak a modern optoelektronikai rendszerekben, a kommunikációtól a kvantumszámításig számos területen fontos szerepet játszanak a fény tulajdonságainak szabályozásával. Ez a cikk az elektrooptikai modulátor technológia jelenlegi állapotát, legújabb áttörését és jövőbeli fejlődését tárgyalja
1. ábra: Különböző teljesítményének összehasonlításaoptikai modulátortechnológiák, beleértve a vékonyrétegű lítium-niobátot (TFLN), a III-V elektromos abszorpciós modulátorokat (EAM), a szilícium alapú és polimer modulátorokat a beillesztési veszteség, sávszélesség, energiafogyasztás, méret és gyártási kapacitás tekintetében.
Hagyományos szilícium alapú elektrooptikai modulátorok és korlátaik
A szilícium alapú fotoelektromos fénymodulátorok évek óta az optikai kommunikációs rendszerek alapját képezik. A plazma diszperziós hatás alapján az ilyen eszközök az elmúlt 25 évben figyelemre méltó fejlődést értek el, három nagyságrenddel növelve az adatátviteli sebességet. A modern szilícium alapú modulátorok 4 fokozatú impulzusamplitúdó modulációt (PAM4) tudnak elérni akár 224 Gb/s-ig, PAM8 modulációval pedig akár 300 Gb/s-nál is többet.
A szilícium alapú modulátorok azonban alapvető korlátokkal szembesülnek, amelyek az anyag tulajdonságaiból adódnak. Ha az optikai adó-vevők 200+ Gbaud-nál nagyobb adatátviteli sebességet igényelnek, ezeknek az eszközöknek a sávszélességét nehéz kielégíteni. Ez a korlátozás a szilícium sajátosságaiból fakad – a túlzott fényveszteség elkerülése és a megfelelő vezetőképesség megőrzése közötti egyensúly elkerülhetetlen kompromisszumokat eredményez.
Feltörekvő modulátor technológia és anyagok
A hagyományos szilícium alapú modulátorok korlátai ösztönözték az alternatív anyagok és integrációs technológiák kutatását. A vékonyrétegű lítium-niobát a modulátorok új generációjának egyik legígéretesebb platformja lett.Vékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátoroköröklik az ömlesztett lítium-niobát kiváló tulajdonságait, többek között: széles átlátszó ablak, nagy elektro-optikai együttható (r33 = 31 pm/V) lineáris cella Kerrs-effektus több hullámhossz tartományban is működhet
A vékonyréteg-lítium-niobát technológia legújabb fejlesztései figyelemre méltó eredményeket hoztak, beleértve a 260 Gbaud-on működő modulátort, csatornánként 1,96 Tb/s adatsebességgel. A platform egyedülálló előnyökkel rendelkezik, mint például a CMOS-kompatibilis meghajtófeszültség és a 3 dB-es 100 GHz-es sávszélesség.
Feltörekvő technológiai alkalmazás
Az elektrooptikai modulátorok fejlesztése számos területen szorosan kapcsolódik a felmerülő alkalmazásokhoz. A mesterséges intelligencia és az adatközpontok területénnagy sebességű modulátorokfontosak az összekapcsolások következő generációja szempontjából, és az AI számítási alkalmazások növelik a 800G és 1.6T csatlakoztatható adó-vevők iránti keresletet. A modulátor technológiát a következőkre is alkalmazzák: kvantum információfeldolgozás neuromorf számítástechnika Frekvenciamodulált folyamatos hullám (FMCW) lidar mikrohullámú foton technológia
A vékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátorok különösen az optikai számítási feldolgozó motorokban mutatnak erősséget, gyors, alacsony fogyasztású modulációt biztosítva, ami felgyorsítja a gépi tanulást és a mesterséges intelligencia alkalmazásokat. Az ilyen modulátorok alacsony hőmérsékleten is működhetnek, és alkalmasak a szupravezető vonalak kvantum-klasszikus interfészeire.
A következő generációs elektrooptikai modulátorok fejlesztése számos nagy kihívással néz szembe: Gyártási költség és méret: a vékonyrétegű lítium-niobát modulátorok jelenleg 150 mm-es lapkagyártásra korlátozódnak, ami magasabb költségeket eredményez. Az iparnak bővítenie kell az ostya méretét, miközben meg kell őrizni a film egyenletességét és minőségét. Integráció és közös tervezés: A sikeres fejlesztésnagy teljesítményű modulátorokátfogó közös tervezési képességeket igényel, beleértve az optoelektronikai és elektronikus chiptervezők, az EDA beszállítók, a források és a csomagolási szakértők együttműködését. Gyártási összetettség: Míg a szilícium alapú optoelektronikai eljárások kevésbé bonyolultak, mint a fejlett CMOS elektronika, a stabil teljesítmény és hozam eléréséhez jelentős szakértelemre és gyártási folyamatok optimalizálására van szükség.
A mesterséges intelligencia fellendülése és a geopolitikai tényezők hatására a terület egyre nagyobb befektetéseket kap a kormányoktól, az ipartól és a magánszektortól szerte a világon, ami új lehetőségeket teremt a tudományos szféra és az ipar közötti együttműködésre, és ígéretet tesz az innováció felgyorsítására.
Feladás időpontja: 2024. december 30