Die toekoms vanelektro-optiese modulators
Elektro-optiese modulators speel 'n sentrale rol in moderne opto-elektroniese stelsels, en speel 'n belangrike rol in baie velde van kommunikasie tot kwantumrekenaars deur die eienskappe van lig te reguleer. Hierdie artikel bespreek die huidige status, jongste deurbraak en toekomstige ontwikkeling van elektro-optiese modulatortegnologie
Figuur 1: Prestasievergelyking van verskillendeoptiese modulatortegnologieë, insluitend dun film litium niobaat (TFLN), III-V elektriese absorpsie modulators (EAM), silikon-gebaseerde en polimeer modulators in terme van invoegingsverlies, bandwydte, kragverbruik, grootte en vervaardigingskapasiteit.
Tradisionele silikon-gebaseerde elektro-optiese modulators en hul beperkings
Silikon-gebaseerde foto-elektriese ligmodulators is vir baie jare die basis van optiese kommunikasiestelsels. Op grond van die plasmaverspreidingseffek het sulke toestelle merkwaardige vordering gemaak oor die afgelope 25 jaar, wat data-oordragtempo's met drie ordes van grootte verhoog het. Moderne silikon-gebaseerde modulators kan 4-vlak puls amplitude modulasie (PAM4) van tot 224 Gb/s bereik, en selfs meer as 300 Gb/s met PAM8 modulasie.
Silikongebaseerde modulators ondervind egter fundamentele beperkings wat voortspruit uit materiaaleienskappe. Wanneer optiese transceivers baudtempo's van meer as 200+ Gbaud benodig, is die bandwydte van hierdie toestelle moeilik om aan die vraag te voldoen. Hierdie beperking spruit uit die inherente eienskappe van silikon - die balans om oormatige ligverlies te vermy terwyl voldoende geleidingsvermoë handhaaf, skep onvermydelike afwykings.
Opkomende modulator tegnologie en materiale
Die beperkings van tradisionele silikon-gebaseerde modulators het navorsing na alternatiewe materiale en integrasietegnologieë aangedryf. Dun film litium niobaat het een van die mees belowende platforms vir 'n nuwe generasie modulators geword.Dun film litium niobaat elektro-optiese modulatorserf die uitstekende eienskappe van grootmaat litiumniobaat, insluitend: breë deursigtige venster, groot elektro-optiese koëffisiënt (r33 = 31 pm/V) lineêre sel Kerrs-effek kan in veelvuldige golflengtereekse werk
Onlangse vooruitgang in dunfilm-litiumniobaat-tegnologie het merkwaardige resultate opgelewer, insluitend 'n modulator wat op 260 Gbaud werk met datatempo's van 1.96 Tb/s per kanaal. Die platform het unieke voordele soos CMOS-versoenbare dryfspanning en 3-dB-bandwydte van 100 GHz.
Opkomende tegnologie toepassing
Die ontwikkeling van elektro-optiese modulators is nou verwant aan opkomende toepassings in baie velde. Op die gebied van kunsmatige intelligensie en datasentrums,hoëspoed modulatorsis belangrik vir die volgende generasie van interkonneksies, en KI-rekenaartoepassings dryf die vraag na 800G- en 1.6T-inpropbare transceivers. Modulator tegnologie word ook toegepas op: kwantum inligting verwerking neuromorfiese rekenaar Frekwensie gemoduleerde aaneenlopende golf (FMCW) lidar mikrogolf foton tegnologie
In die besonder, dun film litium niobaat elektro-optiese modulators toon sterkte in optiese rekenaarverwerking enjins, wat vinnige lae-krag modulasie verskaf wat masjienleer en kunsmatige intelligensie toepassings versnel. Sulke modulators kan ook by lae temperature werk en is geskik vir kwantum-klassieke koppelvlakke in supergeleidende lyne.
Die ontwikkeling van die volgende generasie elektro-optiese modulators staar verskeie groot uitdagings in die gesig: Produksiekoste en skaal: dun-film litium niobaat modulators word tans beperk tot 150 mm wafer produksie, wat hoër koste tot gevolg het. Die bedryf moet wafelgrootte uitbrei terwyl die eenvormigheid en kwaliteit van die film gehandhaaf word. Integrasie en mede-ontwerp: Die suksesvolle ontwikkeling vanhoë-prestasie modulatorsvereis omvattende mede-ontwerpvermoëns, wat die samewerking van opto-elektroniese en elektroniese skyfie-ontwerpers, EDA-verskaffers, fonteine en verpakkingskundiges behels. Vervaardigingskompleksiteit: Terwyl silikon-gebaseerde opto-elektroniese prosesse minder kompleks is as gevorderde CMOS-elektronika, vereis die bereiking van stabiele werkverrigting en opbrengs aansienlike kundigheid en vervaardigingsprosesoptimalisering.
Gedryf deur die KI-oplewing en geopolitieke faktore, ontvang die veld groter beleggings van regerings, nywerhede en die private sektor regoor die wêreld, wat nuwe geleenthede vir samewerking tussen akademie en nywerheid skep en beloof om innovasie te versnel.
Postyd: 30 Desember 2024