Tulevaisuuselektro -optiset modulaattorit
Electro -optiikkamodulaattoreilla on keskeinen rooli nykyaikaisissa optoelektronisissa järjestelmissä, joilla on tärkeä rooli monilla aloilla viestinnästä kvanttilaskennan ja säätelemällä valon ominaisuuksia. Tässä artikkelissa käsitellään sähköoptisen modulaattorin tekniikan nykyistä tilaa, viimeisin läpimurto ja tulevaisuuden kehitys
Kuva 1: Erilaisten suorituskyvyn vertailuoptinen modulaattoriTeknologiat, mukaan lukien ohutkalvon litium-niobaatti (TFLN), III-V: n sähköinen absorptiomodulaattorit (EAM), piipohjaiset ja polymeerimodulaattorit lisäyshäviön, kaistanleveyden, voimankulutuksen, koon ja valmistuskapasiteetin suhteen.
Perinteiset piisopohjaiset sähköoptiset modulaattorit ja niiden rajoitukset
Piipohjaiset fotoelektriset valonmodulaattorit ovat olleet optisten viestintäjärjestelmien perusta monien vuosien ajan. Plasman dispersiovaikutuksen perusteella tällaiset laitteet ovat edistyneet huomattavasti viimeisen 25 vuoden aikana, mikä lisää tiedonsiirtonopeutta kolmella suuruusluokalla. Nykyaikaiset piisopohjaiset modulaattorit voivat saavuttaa 4-tason pulssin amplitudimodulaation (PAM4) jopa 224 Gt/s ja jopa yli 300 Gt/s PAM8-modulaatiolla.
Piipohjaiset modulaattorit kohtaavat kuitenkin materiaaliominaisuuksista johtuvat perustavanlaatuiset rajoitukset. Kun optiset lähetinvastaanottimet vaativat yli 200 GBAUD: n Baud -määrää, näiden laitteiden kaistanleveyttä on vaikea vastata kysyntään. Tämä rajoitus johtuu piin luontaisista ominaisuuksista - liiallisen valonmenetyksen välttämisen tasapaino säilyttäen samalla riittävän johtavuuden väistämättömät kompromissit.
Nouseva modulaattoritekniikka ja materiaalit
Perinteisten piitapohjaisten modulaattorien rajoitukset ovat johtaneet vaihtoehtoisten materiaalien ja integraatiotekniikoiden tutkimukseen. Ohuen kalvon litium -niobatista on tullut yksi lupaavimmista alustoista uuden sukupolven modulaattoreille.Ohutkalvon litium-niobate-elektro-optiset modulaattoritPeriä irtotavarana olevan litium-niobaatin erinomaiset ominaisuudet, mukaan lukien: laaja läpinäkyvä ikkuna, suuret sähköoptiset kertoimet (R33 = 31 pm/tilavuus) Lineaarisolujen Kerrs-vaikutus voi toimia useilla aallonpituusalueilla
Viimeaikaiset edistykset ohutkalvojen litium -niobateknologiassa ovat tuottaneet merkittäviä tuloksia, mukaan lukien modulaattori, joka toimii 260 GBAUD: lla tiedonsiirtonopeudella 1,96 TB/s kanavaa kohti. Alustalla on ainutlaatuisia etuja, kuten CMOS-yhteensopiva käyttöjännite ja 3-dB: n kaistanleveys 100 GHz.
Nouseva teknologiasovellus
Sähköoptisten modulaattorien kehittäminen liittyy läheisesti esiin nouseviin sovelluksiin monilla aloilla. Keinotekoisen älykkyyden ja tietokeskusten alalla,nopea modulaattoritovat tärkeitä seuraavan sukupolven yhteyksien kannalta, ja AI -laskentasovellukset ajavat kysyntää 800 g ja 1,6T liitettävistä lähetinvastaanottimista. Modulaattoritekniikkaa käytetään myös: kvanttitietojenkäsittely neuromorfinen laskentataajuusmoduloitu jatkuva aalto (FMCW) LIDAR -mikroaaltofotonitekniikka
Erityisesti ohutkalvo litium-niobaatti-elektro-optiset modulaattorit osoittavat lujuutta optisissa laskennallisissa prosessointimoottoreissa, tarjoamalla nopean pienitehoisen modulaation, joka kiihdyttää koneoppimista ja tekoälyn sovelluksia. Tällaiset modulaattorit voivat toimia myös alhaisissa lämpötiloissa ja sopivat kvanklassisiin rajapintoihin suprajohtavissa viivoissa.
Seuraavan sukupolven elektrooptisten modulaattorien kehittäminen kohtaa useita suuria haasteita: Tuotantokustannukset ja mittakaava: ohutkalvo litium-niobaattimodulaattorit rajoittuvat tällä hetkellä 150 mm: n kiekkotuotantoon, mikä johtaa korkeampiin kustannuksiin. Teollisuuden on laajennettava kiekkojen kokoa säilyttäen samalla elokuvien yhdenmukaisuuden ja laadun. Integraatio ja yhteinen suunnittelu: onnistunut kehityskorkean suorituskyvyn modulaattoritVaatii kattavia yhteistyöominaisuuksia, joihin sisältyy optoelektroniikan ja elektronisten sirujen suunnittelijoiden, EDA-toimittajien, suihkulähteiden ja pakkausasiantuntijoiden yhteistyö. Valmistuksen monimutkaisuus: Vaikka piikonipohjaiset optoelektroniikkaprosessit ovat vähemmän monimutkaisia kuin edistyksellinen CMOS-elektroniikka, vakaan suorituskyvyn ja saannon saavuttaminen vaatii merkittävää asiantuntemusta ja valmistusprosessien optimointia.
AI -puomin ja geopoliittisten tekijöiden ohjaamana kenttä saa lisääntyneitä investointeja hallituksilta, teollisuudesta ja yksityiseltä sektorilta ympäri maailmaa, mikä luo uusia mahdollisuuksia yliopistojen ja teollisuuden väliseen yhteistyöhön ja lupaavan nopeuttaa innovaatioita.
Viestin aika: joulukuu 30-2024