Il-futur ta'modulaturi elettro-ottiċi
Il-modulaturi elettro-ottiċi għandhom rwol ċentrali fis-sistemi opto-elettroniċi moderni, u għandhom rwol importanti f'ħafna oqsma mill-komunikazzjoni sal-komputazzjoni kwantistika billi jirregolaw il-proprjetajiet tad-dawl. Dan id-dokument jiddiskuti l-istatus attwali, l-aħħar avvanz u l-iżvilupp futur tat-teknoloġija tal-modulaturi elettro-ottiċi.
Figura 1: Paragun tal-prestazzjoni ta' differentimodulatur ottikuteknoloġiji, inklużi niobat tal-litju b'film irqiq (TFLN), modulaturi tal-assorbiment elettriku III-V (EAM), modulaturi bbażati fuq is-silikon u l-polimeri f'termini ta' telf ta' inserzjoni, bandwidth, konsum tal-enerġija, daqs, u kapaċità ta' manifattura.
Modulaturi elettro-ottiċi tradizzjonali bbażati fuq is-silikon u l-limitazzjonijiet tagħhom
Modulaturi tad-dawl fotoelettriċi bbażati fuq is-silikon ilhom il-bażi tas-sistemi ta' komunikazzjoni ottika għal ħafna snin. Abbażi tal-effett tad-dispersjoni tal-plażma, apparati bħal dawn għamlu progress notevoli matul l-aħħar 25 sena, u żiedu r-rati tat-trasferiment tad-dejta bi tliet ordnijiet ta' kobor. Modulaturi moderni bbażati fuq is-silikon jistgħu jiksbu modulazzjoni tal-amplitudni tal-impuls fuq 4 livelli (PAM4) sa 224 Gb/s, u saħansitra aktar minn 300 Gb/s bil-modulazzjoni PAM8.
Madankollu, il-modulaturi bbażati fuq is-silikon jiffaċċjaw limitazzjonijiet fundamentali li jirriżultaw mill-proprjetajiet tal-materjal. Meta t-transceivers ottiċi jeħtieġu rati ta' baud ta' aktar minn 200+ Gbaud, il-bandwidth ta' dawn l-apparati huwa diffiċli biex jissodisfa d-domanda. Din il-limitazzjoni ġejja mill-proprjetajiet inerenti tas-silikon - il-bilanċ li jiġi evitat telf eċċessiv ta' dawl filwaqt li tinżamm konduttività suffiċjenti joħloq kompromessi inevitabbli.
Teknoloġija u materjali emerġenti tal-modulatur
Il-limitazzjonijiet tal-modulaturi tradizzjonali bbażati fuq is-silikon wasslu għar-riċerka f'materjali alternattivi u teknoloġiji ta' integrazzjoni. In-nijobat tal-litju b'film irqiq sar waħda mill-aktar pjattaformi promettenti għal ġenerazzjoni ġdida ta' modulaturi.Modulaturi elettro-ottiċi tan-nijobat tal-litju b'film irqiqJirtu l-karatteristiċi eċċellenti tan-nijobat tal-litju bl-ingrossa, inklużi: tieqa trasparenti wiesgħa, koeffiċjent elettro-ottiku kbir (r33 = 31 pm/V) ċellula lineari bl-effett Kerrs jista' jopera f'diversi firxiet ta' wavelength
Avvanzi riċenti fit-teknoloġija tan-nijobat tal-litju b'film irqiq taw riżultati notevoli, inkluż modulatur li jopera b'260 Gbaud b'rati tad-dejta ta' 1.96 Tb/s għal kull kanal. Il-pjattaforma għandha vantaġġi uniċi bħal vultaġġ tas-sewqan kompatibbli mas-CMOS u bandwidth ta' 3 dB ta' 100 GHz.
Applikazzjoni ta' teknoloġija emerġenti
L-iżvilupp ta' modulaturi elettro-ottiċi huwa relatat mill-qrib ma' applikazzjonijiet emerġenti f'ħafna oqsma. Fil-qasam tal-intelliġenza artifiċjali u ċ-ċentri tad-dejta,modulaturi ta' veloċità għoljahuma importanti għall-ġenerazzjoni li jmiss ta' interkonnessjonijiet, u l-applikazzjonijiet tal-komputazzjoni tal-AI qed imexxu d-domanda għal transceivers plugable ta' 800G u 1.6T. It-teknoloġija tal-modulatur hija applikata wkoll għal: l-ipproċessar tal-informazzjoni kwantistika komputazzjoni newromorfika teknoloġija tal-fotoni tal-microwave lidar b'mewġ kontinwu modulat bil-frekwenza (FMCW)
B'mod partikolari, il-modulaturi elettro-ottiċi tan-nijobat tal-litju b'film irqiq juru saħħa fil-magni tal-ipproċessar komputazzjonali ottiku, billi jipprovdu modulazzjoni veloċi ta' enerġija baxxa li taċċellera t-tagħlim awtomatiku u l-applikazzjonijiet tal-intelliġenza artifiċjali. Dawn il-modulaturi jistgħu joperaw ukoll f'temperaturi baxxi u huma adattati għal interfaċċji kwantistiċi-klassiċi f'linji superkonduttivi.
L-iżvilupp ta' modulaturi elettro-ottiċi tal-ġenerazzjoni li jmiss jiffaċċja diversi sfidi ewlenin: Spiża u skala tal-produzzjoni: il-modulaturi tan-nijobat tal-litju b'film irqiq bħalissa huma limitati għal produzzjoni ta' wejfers ta' 150 mm, li jirriżulta fi spejjeż ogħla. L-industrija teħtieġ li tespandi d-daqs tal-wejfers filwaqt li żżomm l-uniformità u l-kwalità tal-film. Integrazzjoni u Ko-disinn: L-iżvilupp b'suċċess ta'modulaturi ta' prestazzjoni għoljajirrikjedi kapaċitajiet komprensivi ta' ko-disinn, li jinvolvu l-kollaborazzjoni ta' disinjaturi tal-optoelettronika u taċ-ċippijiet elettroniċi, fornituri tal-EDA, sorsi, u esperti tal-ippakkjar. Kumplessità tal-manifattura: Filwaqt li l-proċessi tal-optoelettronika bbażati fuq is-silikon huma inqas kumplessi mill-elettronika CMOS avvanzata, il-kisba ta' prestazzjoni u rendiment stabbli teħtieġ għarfien espert sinifikanti u ottimizzazzjoni tal-proċess tal-manifattura.
Immexxi mill-isplużjoni tal-IA u fatturi ġeopolitiċi, il-qasam qed jirċievi aktar investiment mill-gvernijiet, l-industrija u s-settur privat madwar id-dinja, u b'hekk qed joħloq opportunitajiet ġodda għall-kollaborazzjoni bejn l-akkademja u l-industrija u qed iwiegħed li jaċċellera l-innovazzjoni.
Ħin tal-posta: 30 ta' Diċembru 2024