E ardhmja emodulatorë elektro optikë
Modulatorët elektro-optikë luajnë një rol qendror në sistemet moderne optoelektronike, duke luajtur një rol të rëndësishëm në shumë fusha, nga komunikimi deri te informatika kuantike, duke rregulluar vetitë e dritës. Ky punim diskuton gjendjen aktuale, përparimin më të fundit dhe zhvillimin e ardhshëm të teknologjisë së modulatorëve elektro-optikë.
Figura 1: Krahasimi i performancës së pajisjeve të ndryshmemodulator optikteknologji, duke përfshirë niobatin e litiumit me film të hollë (TFLN), modulatorët e absorbimit elektrik III-V (EAM), modulatorët me bazë silikoni dhe polimerët për sa i përket humbjes së futjes, gjerësisë së brezit, konsumit të energjisë, madhësisë dhe kapacitetit të prodhimit.
Modulatorët tradicionalë elektro-optikë me bazë silikoni dhe kufizimet e tyre
Modulatorët fotoelektrikë të dritës me bazë silikoni kanë qenë baza e sistemeve të komunikimit optik për shumë vite. Bazuar në efektin e shpërndarjes së plazmës, pajisje të tilla kanë bërë përparim të jashtëzakonshëm gjatë 25 viteve të fundit, duke rritur shpejtësinë e transferimit të të dhënave me tre rend madhësie. Modulatorët modernë me bazë silikoni mund të arrijnë modulim të amplitudës së pulsit me 4 nivele (PAM4) deri në 224 Gb/s, dhe madje edhe më shumë se 300 Gb/s me modulimin PAM8.
Megjithatë, modulatorët me bazë silikoni përballen me kufizime themelore që rrjedhin nga vetitë e materialeve. Kur marrës-transmetuesit optikë kërkojnë shpejtësi baud prej më shumë se 200+ Gbaud, gjerësia e brezit të këtyre pajisjeve është e vështirë të përmbushë kërkesën. Ky kufizim rrjedh nga vetitë e natyrshme të silikonit - balanca e shmangies së humbjes së tepërt të dritës duke ruajtur përçueshmëri të mjaftueshme krijon kompromise të pashmangshme.
Teknologjia dhe materialet e reja të modulatorëve
Kufizimet e modulatorëve tradicionalë me bazë silikoni kanë nxitur kërkimet për materiale alternative dhe teknologji integrimi. Niobati i litiumit me film të hollë është bërë një nga platformat më premtuese për një brez të ri modulatorësh.Modulatorë elektro-optikë me niobat litiumi me film të hollëtrashëgojnë karakteristikat e shkëlqyera të niobatit të litiumit në masë, duke përfshirë: dritare të gjerë transparente, koeficient të madh elektro-optik (r33 = 31 pm/V) qelizë lineare Efekti Kerrs mund të veprojë në diapazone të shumëfishta gjatësie vale
Përparimet e fundit në teknologjinë e niobatit të litiumit me film të hollë kanë dhënë rezultate të jashtëzakonshme, duke përfshirë një modulator që vepron në 260 Gbaud me shpejtësi të dhënash prej 1.96 Tb/s për kanal. Platforma ka avantazhe unike, të tilla si tensioni i përçueshëm i pajtueshëm me CMOS dhe gjerësia e brezit prej 3 dB prej 100 GHz.
Aplikimi i teknologjisë në zhvillim
Zhvillimi i modulatorëve elektro-optikë është i lidhur ngushtë me aplikimet e reja në shumë fusha. Në fushën e inteligjencës artificiale dhe qendrave të të dhënave,modulatorë me shpejtësi të lartëjanë të rëndësishme për gjeneratën e ardhshme të ndërlidhjeve, dhe aplikacionet e informatikës së inteligjencës artificiale po nxisin kërkesën për marrës-transmetues të kyçshëm 800G dhe 1.6T. Teknologjia e modulatorit zbatohet gjithashtu në: përpunimin e informacionit kuantik informatikën neuromorfike teknologjinë e fotoneve me mikrovalë të moduluar me frekuencë (FMCW) lidar
Në veçanti, modulatorët elektro-optikë me film të hollë të niobatit të litiumit tregojnë forcë në motorët e përpunimit kompjuterik optik, duke siguruar modulim të shpejtë me fuqi të ulët që përshpejton aplikimet e të mësuarit automatik dhe inteligjencës artificiale. Modulatorë të tillë mund të funksionojnë gjithashtu në temperatura të ulëta dhe janë të përshtatshëm për ndërfaqet kuantike-klasike në linjat superpërçuese.
Zhvillimi i modulatorëve elektro-optikë të gjeneratës së ardhshme përballet me disa sfida të mëdha: Kostoja dhe shkalla e prodhimit: modulatorët e niobatit të litiumit me film të hollë aktualisht janë të kufizuar në prodhimin e pllakave të pllakës 150 mm, duke rezultuar në kosto më të larta. Industria duhet të zgjerojë madhësinë e pllakës duke ruajtur uniformitetin dhe cilësinë e filmit. Integrimi dhe bashkë-dizajnimi: Zhvillimi i suksesshëm imodulatorë me performancë të lartëkërkon aftësi gjithëpërfshirëse të bashkë-projektimit, që përfshijnë bashkëpunimin e optoelektronikës dhe projektuesve të çipave elektronikë, furnizuesve EDA, burimeve dhe ekspertëve të paketimit. Kompleksiteti i prodhimit: Ndërsa proceset optoelektronike të bazuara në silikon janë më pak komplekse sesa elektronika e përparuar CMOS, arritja e performancës dhe rendimentit të qëndrueshëm kërkon ekspertizë të konsiderueshme dhe optimizim të procesit të prodhimit.
E nxitur nga bumi i inteligjencës artificiale dhe faktorët gjeopolitikë, kjo fushë po merr investime në rritje nga qeveritë, industria dhe sektori privat në të gjithë botën, duke krijuar mundësi të reja për bashkëpunim midis akademisë dhe industrisë dhe duke premtuar përshpejtimin e inovacionit.
Koha e postimit: 30 dhjetor 2024