Иднината на електрооптичките модулатори

Иднината наелектро-оптички модулатори

Електро-оптичките модулатори играат централна улога во современите оптоелектронски системи, играјќи важна улога во многу области од комуникација до квантно пресметување преку регулирање на својствата на светлината. Овој труд го разгледува моменталниот статус, најновото откритие и идниот развој на технологијата на електрооптички модулатори

Слика 1: Споредба на перформанси на различниоптички модулатортехнологии, вклучувајќи литиум ниобат со тенок филм (TFLN), III-V електрични модулатори на апсорпција (EAM), модулатори на силикон и полимерни во однос на загубата на вметнување, пропусниот опсег, потрошувачката на енергија, големината и производниот капацитет.

Традиционалните електро-оптички модулатори базирани на силикон и нивните ограничувања

Фотоелектричните модулатори на светлина базирани на силикон се основата на оптичките комуникациски системи многу години. Врз основа на ефектот на дисперзија на плазмата, таквите уреди постигнаа извонреден напредок во текот на изминатите 25 години, зголемувајќи ги стапките на пренос на податоци за три реда на големина. Современите модулатори базирани на силикон можат да постигнат модулација на импулсна амплитуда на 4 нивоа (PAM4) до 224 Gb/s, па дури и повеќе од 300 Gb/s со PAM8 модулација.

Сепак, модулаторите базирани на силикон се соочуваат со фундаментални ограничувања кои произлегуваат од својствата на материјалот. Кога оптичките примопредаватели бараат бауд стапки повеќе од 200+ Gbaud, пропусниот опсег на овие уреди е тешко да се задоволи побарувачката. Ова ограничување произлегува од својствените својства на силиконот - рамнотежата на избегнување прекумерна загуба на светлина додека се одржува доволна спроводливост создава неизбежни компромиси.

Технологија и материјали за модулатори кои се појавуваат

Ограничувањата на традиционалните модулатори базирани на силикон го поттикнаа истражувањето на алтернативни материјали и технологии за интеграција. Литиум ниобат со тенок филм стана една од најперспективните платформи за новата генерација на модулатори.Електрооптички модулатори на литиум ниобат со тенок филмги наследува одличните карактеристики на најголемиот дел од литиум ниобат, вклучувајќи: широк проѕирен прозорец, голем електро-оптички коефициент (r33 = 31 pm/V) линеарна ќелија Керсовиот ефект може да работи во повеќе опсези на бранови должини

Неодамнешниот напредок во технологијата на литиум ниобат со тенок филм дадоа извонредни резултати, вклучително и модулатор кој работи на 260 Gbaud со брзина на податоци од 1,96 Tb/s по канал. Платформата има уникатни предности како што се напон на погонот компатибилен со CMOS и пропусен опсег од 3 dB од 100 GHz.

Апликација за технологија во подем

Развојот на електрооптичките модулатори е тесно поврзан со новите апликации во многу области. Во областа на вештачката интелигенција и центрите за податоци,модулатори со голема брзинасе важни за следната генерација на интерконекции, а компјутерските апликации за вештачка интелигенција ја поттикнуваат побарувачката за приклучливи примопредаватели 800G и 1,6T. Технологијата на модулатор се применува и на: квантна обработка на информации невроморфно пресметување Фреквентно модулиран континуиран бран (FMCW) лидар микробранова фотонска технологија

Особено, електрооптичките модулатори на литиум ниобат со тенок филм покажуваат сила во моторите за оптичко пресметување, обезбедувајќи брза модулација со мала моќност што го забрзува машинското учење и апликациите за вештачка интелигенција. Таквите модулатори можат да работат и на ниски температури и се погодни за квантно-класични интерфејси во суперспроводливи линии.

Развојот на следната генерација на електро-оптички модулатори се соочува со неколку големи предизвици: Производство цена и обем: модулаторите со тенок филм литиум ниобат моментално се ограничени на производство на нафора од 150 mm, што резултира со повисоки трошоци. Индустријата треба да ја прошири големината на обландата, додека ја одржува униформноста и квалитетот на филмот. Интеграција и ко-дизајн: Успешниот развој намодулатори со високи перформансибара сеопфатни можности за ко-дизајнирање, што вклучува соработка на дизајнери на оптоелектроника и електронски чипови, добавувачи на EDA, фонтани и експерти за пакување. Комплексност на производството: додека процесите на оптоелектроника базирани на силикон се помалку сложени од напредната CMOS електроника, постигнувањето стабилни перформанси и принос бара значителна експертиза и оптимизација на производниот процес.

Водени од бумот на вештачката интелигенција и геополитичките фактори, областа добива зголемени инвестиции од владите, индустријата и приватниот сектор ширум светот, создавајќи нови можности за соработка меѓу академската заедница и индустријата и ветувајќи дека ќе ги забрза иновациите.