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, nuutste deurbraak en toekomstige ontwikkeling van elektro-optiese modulatortegnologie.
Figuur 1: Prestasievergelyking van verskillendeoptiese modulatortegnologieë, insluitend dunfilm-litiumniobat (TFLN), III-V elektriese absorpsiemodulators (EAM), silikon-gebaseerde en polimeermodulators in terme van invoegverlies, bandwydte, kragverbruik, grootte en vervaardigingskapasiteit.
Tradisionele silikon-gebaseerde elektro-optiese modulators en hul beperkings
Silikon-gebaseerde fotoëlektriese ligmodulators is al jare lank die basis van optiese kommunikasiestelsels. Gebaseer op die plasmadispersie-effek, het sulke toestelle die afgelope 25 jaar merkwaardige vordering gemaak en data-oordragspoed met drie ordes van grootte verhoog. Moderne silikon-gebaseerde modulators kan 4-vlak pulsamplitudemodulasie (PAM4) van tot 224 Gb/s bereik, en selfs meer as 300 Gb/s met PAM8-modulasie.
Silikon-gebaseerde modulators staar egter fundamentele beperkings in die gesig wat voortspruit uit materiaaleienskappe. Wanneer optiese senders en ontvangers baudtempo's van meer as 200+ Gbaud benodig, is dit moeilik om die bandwydte van hierdie toestelle te bevredig. Hierdie beperking spruit voort uit die inherente eienskappe van silikon – die balans tussen die vermyding van oormatige ligverlies terwyl voldoende geleidingsvermoë gehandhaaf word, skep onvermydelike kompromieë.
Opkomende modulatortegnologie en -materiale
Die beperkings van tradisionele silikon-gebaseerde modulators het navorsing oor alternatiewe materiale en integrasietegnologieë gedryf. Dunfilm-litiumniobat het een van die belowendste platforms vir 'n nuwe generasie modulators geword.Dunfilm litium niobaat elektro-optiese modulatorserf die uitstekende eienskappe van litiumniobat in grootmaat, insluitend: wye deursigtige venster, groot elektro-optiese koëffisiënt (r33 = 31 pm/V) lineêre sel Kerrs-effek kan in verskeie golflengtebereike werk
Onlangse vooruitgang in dunfilm-litiumniobattegnologie het merkwaardige resultate opgelewer, insluitend 'n modulator wat teen 260 Gbaud werk met datatempo's van 1.96 Tb/s per kanaal. Die platform het unieke voordele soos CMOS-versoenbare aandrywingspanning 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 interkonneksies, en KI-rekenaartoepassings dryf die vraag na 800G- en 1.6T-inpropbare sender-ontvangers aan. Modulatortegnologie word ook toegepas op: kwantuminligtingverwerking, neuromorfiese berekening, frekwensiegemoduleerde kontinue golf (FMCW), lidar-mikrogolffotontegnologie.
In die besonder toon dunfilm-litiumniobat-elektro-optiese modulators sterk punte in optiese berekeningsverwerkingsenjins, wat vinnige lae-krag-modulasie bied wat masjienleer en kunsmatige intelligensie-toepassings versnel. Sulke modulators kan ook teen lae temperature werk en is geskik vir kwantum-klassieke koppelvlakke in supergeleidende lyne.
Die ontwikkeling van volgende generasie elektro-optiese modulators staar verskeie groot uitdagings in die gesig: Produksiekoste en skaal: dunfilm-litiumniobatmodulators is tans beperk tot 150 mm waferproduksie, wat hoër koste tot gevolg het. Die bedryf moet die wafergrootte vergroot terwyl filmuniformiteit en -gehalte gehandhaaf word. Integrasie en mede-ontwerp: Die suksesvolle ontwikkeling vanhoëprestasie-modulatorsvereis omvattende mede-ontwerpvermoëns, wat die samewerking van opto-elektronika en elektroniese skyfie-ontwerpers, EDA-verskaffers, fonteine en verpakkingskundiges behels. Vervaardigingskompleksiteit: Terwyl silikon-gebaseerde opto-elektronika prosesse minder kompleks is as gevorderde CMOS-elektronika, vereis die bereiking van stabiele werkverrigting en opbrengs aansienlike kundigheid en vervaardigingsprosesoptimalisering.
Gedrewe deur die KI-oplewing en geopolitieke faktore, ontvang die veld toenemende beleggings van regerings, die nywerheid en die privaatsektor regoor die wêreld, wat nuwe geleenthede vir samewerking tussen akademie en nywerheid skep en belowe om innovasie te versnel.
Plasingstyd: 30 Desember 2024