Будућностелектрооптички модулатори
Електрооптички модулатори играју централну улогу у модерним оптоелектронским системима, играјући важну улогу у многим областима, од комуникације до квантног рачунарства, регулишући својства светлости. Овај рад разматра тренутно стање, најновији продор и будући развој технологије електрооптичких модулатора.
Слика 1: Поређење перформанси различитихоптички модулатортехнологије, укључујући танкослојни литијум ниобат (TFLN), III-V модулаторе електричне апсорпције (EAM), модулаторе на бази силицијума и полимера у смислу губитка уметања, пропусног опсега, потрошње енергије, величине и производног капацитета.
Традиционални електрооптички модулатори на бази силицијума и њихова ограничења
Фотоелектрични модулатори светлости на бази силицијума су годинама били основа оптичких комуникационих система. Засновани на ефекту дисперзије плазме, такви уређаји су постигли изузетан напредак у последњих 25 година, повећавајући брзине преноса података за три реда величине. Модерни модулатори на бази силицијума могу постићи модулацију амплитуде импулса са 4 нивоа (PAM4) до 224 Gb/s, па чак и више од 300 Gb/s са PAM8 модулацијом.
Међутим, модулатори на бази силицијума суочавају се са фундаменталним ограничењима која произилазе из својстава материјала. Када оптички примопредајници захтевају брзине преноса веће од 200+ Gbaud, пропусни опсег ових уређаја тешко задовољава захтеве. Ово ограничење произилази из инхерентних својстава силицијума – равнотежа између избегавања прекомерног губитка светлости и одржавања довољне проводљивости ствара неизбежне компромисе.
Нова технологија и материјали модулатора
Ограничења традиционалних модулатора на бази силицијума подстакла су истраживање алтернативних материјала и технологија интеграције. Танки филм литијум ниобата постао је једна од најперспективнијих платформи за нову генерацију модулатора.Танкослојни електрооптички модулатори литијум-ниобатанаслеђују одличне карактеристике литијум ниобата у расутом стању, укључујући: широк провидни прозор, велики електрооптички коефицијент (r33 = 31 pm/V), линеарну ћелију, Керсов ефекат, може да ради у више опсега таласних дужина.
Недавни напредак у технологији танких филмова литијум ниобата дао је изванредне резултате, укључујући модулатор који ради на 260 Gbaud са брзинама преноса података од 1,96 Tb/s по каналу. Платформа има јединствене предности као што су CMOS-компатибилан напон погона и пропусни опсег од 3 dB од 100 GHz.
Примена нове технологије
Развој електрооптичких модулатора је уско повезан са новим применама у многим областима. У области вештачке интелигенције и центара података,модулатори велике брзинесу важни за следећу генерацију међусобних веза, а апликације вештачке интелигенције (AI) покрећу потражњу за прикључним примопредајницима од 800G и 1.6T. Технологија модулатора се такође примењује на: квантну обраду информација, неуроморфно рачунарство, фреквентно модулисани континуални талас (FMCW), лидар, микроталасну фотонску технологију.
Посебно, танкослојни електрооптички модулатори литијум-ниобата показују снагу у оптичким рачунарским процесорима, пружајући брзу модулацију мале снаге која убрзава машинско учење и примене вештачке интелигенције. Такви модулатори такође могу да раде на ниским температурама и погодни су за квантно-класичне интерфејсе у суперпроводним линијама.
Развој електрооптичких модулатора следеће генерације суочава се са неколико великих изазова: Трошкови производње и обим: танкослојни литијум-ниобатни модулатори су тренутно ограничени на производњу плочица од 150 мм, што резултира вишим трошковима. Индустрија треба да прошири величину плочица, уз одржавање униформности и квалитета филма. Интеграција и ко-дизајн: Успешан развојвисокоперформансни модулаторизахтева свеобухватне могућности ко-дизајнирања, које укључују сарадњу дизајнера оптоелектронике и електронских чипова, добављача EDA, произвођача и стручњака за паковање. Сложеност производње: Иако су процеси оптоелектронике на бази силицијума мање сложени од напредне CMOS електронике, постизање стабилних перформанси и приноса захтева значајно стручно знање и оптимизацију производног процеса.
Вођена бумом вештачке интелигенције и геополитичким факторима, ова област добија све већа улагања од влада, индустрије и приватног сектора широм света, стварајући нове могућности за сарадњу између академске заједнице и индустрије и обећавајући убрзање иновација.
Време објаве: 30. децембар 2024.