Будућност електро оптичких модулатора

Будућност оделектро оптички модулатори

Електрооптички модулатори играју централну улогу у савременим оптоелектронским системима, играјући важну улогу у многим пољима од комуникације до квантног рачунарства регулацијом својстава светлости. Овај рад говори о тренутном стању, најновијим открићима и будућем развоју технологије електро оптичких модулатора

Слика 1: Поређење перформанси различитихоптички модулатортехнологије, укључујући танкослојни литијум ниобат (ТФЛН), ИИИ-В модулаторе електричне апсорпције (ЕАМ), модулаторе на бази силицијума и полимере 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 дуги низ година основа оптичких комуникационих система. На основу ефекта дисперзије плазме, такви уређаји су постигли изузетан напредак у последњих 25 година, повећавајући брзине преноса података за три реда величине. Савремени модулатори засновани на силикону могу постићи 4-степену модулацију амплитуде импулса (ПАМ4) до 224 Гб/с, па чак и више од 300 Гб/с са ПАМ8 модулацијом.

Међутим, модулатори на бази силицијума суочавају се са основним ограничењима која произилазе из својстава материјала. Када оптички примопредајници захтевају брзине преноса веће од 200+ Гбауд, пропусни опсег ових уређаја је тешко задовољити потражњу. Ово ограничење произилази из својстава својстава силицијума – равнотежа избегавања прекомерног губитка светлости уз одржавање довољне проводљивости ствара неизбежне компромисе.

Нова технологија модулатора и материјали

Ограничења традиционалних модулатора на бази силицијума довела су до истраживања алтернативних материјала и технологија интеграције. Танки филм литијум ниобата постао је једна од најперспективнијих платформи за нову генерацију модулатора.Танкослојни литијум ниобатни електрооптички модулаторинаслеђују одличне карактеристике расутог литијум ниобата, укључујући: широк провидни прозор, велики електро-оптички коефицијент (р33 = 31 пм/В) Керрсов ефекат линеарне ћелије може да ради у више опсега таласних дужина

Недавни напредак у технологији танког филма литијум ниобата дао је изванредне резултате, укључујући модулатор који ради на 260 Гбауд са брзинама података од 1,96 Тб/с по каналу. Платформа има јединствене предности као што су напон погона компатибилан са ЦМОС-ом и пропусни опсег од 3 дБ од 100 ГХз.

Примена нових технологија

Развој електрооптичких модулатора је уско повезан са новим апликацијама у многим областима. У области вештачке интелигенције и центара података,модулатори велике брзиневажни су за следећу генерацију интерконекција, а АИ рачунарске апликације подстичу потражњу за примопредајницима од 800Г и 1.6Т који се могу прикључити. Технологија модулатора се такође примењује на: квантну обраду информација неуроморфно рачунарство Фреквентно модулисани континуирани талас (ФМЦВ) лидар микроталасна фотонска технологија

Конкретно, електрооптички модулатори са танким слојем литијум ниобата показују снагу у оптичким рачунарским процесорима, обезбеђујући брзу модулацију мале снаге која убрзава машинско учење и апликације 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: Цена и обим производње: танкослојни литијум ниобатни модулатори су тренутно ограничени на производњу плочица од 150 мм, што резултира већим трошковима. Индустрија треба да повећа величину плочице уз одржавање униформности и квалитета филма. Интеграција и ко-дизајн: успешан развојмодулатори високих перформансизахтева свеобухватне могућности заједничког дизајна, укључујући сарадњу дизајнера оптоелектронике и електронских чипова, ЕДА добављача, фонтана и стручњака за паковање. Сложеност производње: Док су оптоелектронички процеси засновани на силицијуму мање сложени од напредне ЦМОС електронике, постизање стабилних перформанси и приноса захтева значајну стручност и оптимизацију производног процеса.

Вођена бумом вештачке интелигенције и геополитичким факторима, ова област прима све веће инвестиције од влада, индустрије и приватног сектора широм света, стварајући нове могућности за сарадњу између академске заједнице и индустрије и обећавајући да ће убрзати иновације.