Майбутнє електрооптичних модуляторів

Майбутнєелектрооптичні модулятори

Електрооптичні модулятори відіграють центральну роль у сучасних оптоелектронних системах, відіграючи важливу роль у багатьох сферах від зв’язку до квантових обчислень, регулюючи властивості світла. У цій статті обговорюється поточний стан, останній прорив і майбутній розвиток технології електрооптичних модуляторів

Рисунок 1: Порівняння продуктивності різнихоптичний модулятортехнології, включаючи тонкоплівкові ніобати літію (TFLN), модулятори електричного поглинання III-V (EAM), кремнієві та полімерні модулятори з точки зору внесених втрат, пропускної здатності, енергоспоживання, розміру та виробничої потужності.

Традиційні електрооптичні модулятори на основі кремнію та їх обмеження

Кремнієві фотоелектричні модулятори світла були основою систем оптичного зв'язку протягом багатьох років. Завдяки ефекту плазмової дисперсії такі пристрої досягли значного прогресу за останні 25 років, підвищивши швидкість передачі даних на три порядки. Сучасні кремнієві модулятори можуть досягати 4-рівневої амплітудної імпульсної модуляції (PAM4) до 224 Гбіт/с і навіть більше 300 Гбіт/с з модуляцією PAM8.

Однак модулятори на основі кремнію стикаються з фундаментальними обмеженнями, пов’язаними з властивостями матеріалу. Коли для оптичних трансиверів потрібна швидкість передачі понад 200 Гбод, пропускна здатність цих пристроїв важко задовольнити попит. Це обмеження випливає з притаманних властивостей кремнію – баланс уникнення надмірної втрати світла при збереженні достатньої провідності створює неминучі компроміси.

Нові технології та матеріали модулятора

Обмеження традиційних кремнієвих модуляторів стимулюють дослідження альтернативних матеріалів і технологій інтеграції. Тонкоплівковий ніобат літію став однією з найперспективніших платформ для модуляторів нового покоління.Тонкоплівкові електрооптичні модулятори з ніобату літіюуспадковує відмінні характеристики масового ніобату літію, включаючи: широке прозоре вікно, великий електрооптичний коефіцієнт (r33 = 31 пм/В) лінійна комірка Ефект Керса може працювати в декількох діапазонах довжин хвиль

Останні досягнення в технології тонкоплівкового ніобату літію дали чудові результати, включаючи модулятор, що працює на швидкості 260 Гбод зі швидкістю передачі даних 1,96 Тбіт/с на канал. Платформа має унікальні переваги, такі як CMOS-сумісна напруга приводу та смуга пропускання 3 дБ 100 ГГц.

Застосування нових технологій

Розробка електрооптичних модуляторів тісно пов’язана з новими застосуваннями в багатьох галузях. У сфері штучного інтелекту та центрів обробки даних,високошвидкісні модуляториважливі для наступного покоління взаємозв’язків, а обчислювальні додатки штучного інтелекту стимулюють попит на підключаються трансивери 800G і 1,6T. Технологія модулятора також застосовується для: квантової обробки інформації нейроморфних обчислень Частотно-модульованої безперервної хвилі (FMCW) лідара мікрохвильової фотонної технології

Зокрема, тонкоплівкові електрооптичні модулятори з ніобату літію демонструють потужність у оптичних обчислювальних механізмах, забезпечуючи швидку модуляцію з низьким енергоспоживанням, яка прискорює машинне навчання та застосування штучного інтелекту. Такі модулятори також можуть працювати при низьких температурах і підходять для квантово-класичних інтерфейсів у надпровідних лініях.

Розробка електрооптичних модуляторів наступного покоління стикається з декількома серйозними проблемами: Виробнича вартість і масштаб: тонкоплівкові модулятори ніобату літію наразі обмежені виробництвом пластин діаметром 150 мм, що призводить до вищих витрат. Промисловість потребує збільшення розміру пластин, зберігаючи однорідність і якість плівки. Інтеграція та спільне проектування: успішний розвитоквисокоефективні модуляторивимагає комплексних можливостей спільного проектування, включаючи співпрацю розробників оптоелектроніки та електронних чіпів, постачальників EDA, шрифтів і експертів з упаковки. Складність виробництва. Незважаючи на те, що процеси оптоелектроніки на основі кремнію є менш складними, ніж просунута електроніка CMOS, досягнення стабільної продуктивності та продуктивності вимагає значного досвіду та оптимізації виробничого процесу.

Під впливом буму штучного інтелекту та геополітичних факторів ця галузь отримує все більше інвестицій від урядів, промисловості та приватного сектору в усьому світі, створюючи нові можливості для співпраці між науковими та промисловими колами та обіцяючи прискорення інновацій.