Иднината на електрооптичките модулатори

Иднината наелектрооптички модулатори

Електрооптичките 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 ги разгледува моменталните состојби, најновите откритија и идниот развој на технологијата на електрооптички модулатори.

Слика 1: Споредба на перформансите на различниоптички модулатортехнологии, вклучувајќи тенкофилмски литиум ниобат (TFLN), III-V модулатори за електрична апсорпција (EAM), модулатори базирани на силициум и полимерни модулатори во однос на загуба на вметнување, пропусен опсег, потрошувачка на енергија, големина и производствен капацитет.

Традиционални електрооптички модулатори базирани на силикон и нивните ограничувања

Фотоелектричните светлосни модулатори базирани на силициум се основа на оптичките комуникациски системи со години. Врз основа на ефектот на дисперзија на плазма, ваквите уреди постигнаа извонреден напредок во последните 25 години, зголемувајќи ги стапките на пренос на податоци за три реда на големина. Современите модулатори базирани на силициум можат да постигнат модулација на пулсната амплитуда на 4 нивоа (PAM4) до 224 Gb/s, па дури и повеќе од 300 Gb/s со PAM8 модулација.

Сепак, модулаторите базирани на силициум се соочуваат со фундаментални ограничувања што произлегуваат од својствата на материјалите. Кога оптичките примопредаватели бараат брзини на пренос од повеќе од 200+ Gbaud, пропусниот опсег на овие уреди е тешко да се задоволи побарувачката. Ова ограничување произлегува од вродените својства на силициумот - рамнотежата помеѓу избегнување на прекумерна загуба на светлина, а истовремено одржување на доволна спроводливост, создава неизбежни компромиси.

Нова модулаторска технологија и материјали

Ограничувањата на традиционалните модулатори базирани на силициум ги поттикнаа истражувањата за алтернативни материјали и технологии за интеграција. Тенкофилмскиот литиум ниобат стана една од најперспективните платформи за нова генерација модулатори.Тенкофилмски литиум ниобат електрооптички модулаториги наследуваат одличните карактеристики на литиум ниобат во големи количини, вклучувајќи: широк транспарентен прозорец, голем електрооптички коефициент (r33 = 31 pm/V), линеарна ќелија, ефектот на Керс може да работи во повеќе опсези на бранова должина.

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

Примена на нова технологија

Развојот на електрооптички 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 меѓусебни врски, а апликациите за AI компјутерство ја зголемуваат побарувачката за приклучливи примопредаватели од 800G и 1.6T. Модулациската технологија се применува и во: квантна обработка на информации невроморфно компјутерство фреквентно модулирана континуирана бранова (FMCW) лидар микробранова фотонска технологија

Особено, тенкофилмските електрооптички модулатори од литиум ниобат покажуваат сила во оптичките компјутерски процесирачки мотори, обезбедувајќи брза модулација со мала потрошувачка на енергија што ги забрзува апликациите за машинско учење и вештачка интелигенција. Ваквите модулатори можат да работат и на ниски температури и се погодни за квантно-класични интерфејси во суперспроводливи линии.

Развојот на електрооптички модулатори од следната генерација се соочува со неколку големи предизвици: Трошоци за производство и обем: тенкофилмските литиум ниобатни модулатори моментално се ограничени на производство на плочки од 150 mm, што резултира со повисоки трошоци. Индустријата треба да ја прошири големината на плочките, а воедно да ја одржи униформноста и квалитетот на филмот. Интеграција и ко-дизајн: Успешниот развој нависоко-перформансни модулаторибара сеопфатни можности за ко-дизајн, што вклучува соработка на дизајнери на оптоелектроника и електронски чипови, добавувачи на EDA, извори и експерти за пакување. Сложеност на производството: Иако процесите на оптоелектроника базирани на силициум се помалку сложени од напредната CMOS електроника, постигнувањето стабилни перформанси и принос бара значителна експертиза и оптимизација на производствениот процес.

Водена од бумот на вештачката интелигенција и геополитичките фактори, оваа област добива зголемени инвестиции од владите, индустријата и приватниот сектор ширум светот, создавајќи нови можности за соработка меѓу академските институции и индустријата и ветувајќи забрзување на иновациите.