Framtiden förelektrooptiska modulatorer
Elektrooptiska modulatorer spelar en central roll i moderna optoelektroniska system och spelar en viktig roll inom många områden från kommunikation till kvantberäkning genom att reglera ljusets egenskaper. Denna artikel diskuterar den nuvarande statusen, det senaste genombrottet och framtida utveckling av elektrooptisk modulatorteknik
Bild 1: Prestandajämförelse av olikaoptisk modulatorTeknologier, inklusive tunnfilm litium niobat (TFLN), III-V elektriska absorptionsmodulatorer (EAM), kiselbaserade och polymermodulatorer när det gäller införingsförlust, bandbredd, kraftförbrukning, storlek och tillverkningskapacitet.
Traditionella kiselbaserade elektrooptiska modulatorer och deras begränsningar
Kiselbaserade fotoelektriska ljusmodulatorer har varit grunden för optiska kommunikationssystem i många år. Baserat på plasma -dispersionseffekten har sådana enheter gjort anmärkningsvärda framsteg under de senaste 25 åren, vilket ökat dataöverföringshastigheterna med tre storleksordningar. Moderna kiselbaserade modulatorer kan uppnå 4-nivå pulsamplitudmodulering (PAM4) på upp till 224 GB/s, och ännu mer än 300 GB/s med PAM8-modulering.
Silikonbaserade modulatorer står emellertid inför grundläggande begränsningar som härrör från materialegenskaper. När optiska sändtagare kräver baudhastigheter på mer än 200+ Gbaud är bandbredden för dessa enheter svårt att möta efterfrågan. Denna begränsning härrör från de inneboende egenskaperna hos kisel - balansen att undvika överdriven ljusförlust samtidigt som man upprätthåller tillräcklig konduktivitet skapar oundvikliga avvägningar.
Emerging Modulator Technology and Materials
Begränsningarna av traditionella kiselbaserade modulatorer har drivit forskning om alternativa material och integrationstekniker. Tunna film litium niobate har blivit en av de mest lovande plattformarna för en ny generation av modulatorer.Tunn film litium niobat elektrooptiska modulatorerÄrva de utmärkta egenskaperna hos bulk litium-niobat, inklusive: brett transparent fönster, stor elektrooptisk koefficient (R33 = 31 PM/V) Linjär celleffekt kan fungera i flera våglängdsområden
De senaste framstegen inom tunnfilm litium niobate -teknik har gett anmärkningsvärda resultat, inklusive en modulator som arbetar vid 260 GBAUD med datahastigheter på 1,96 TB/s per kanal. Plattformen har unika fördelar som CMOS-kompatibel drivspänning och 3-DB bandbredd på 100 GHz.
Emerging Technology Application
Utvecklingen av elektriska optiska modulatorer är nära besläktad med nya applikationer inom många områden. Inom området för konstgjord intelligens och datacenter,höghastighetsmodulatorerär viktiga för nästa generation av sammankopplingar, och AI -datorapplikationer driver efterfrågan på 800 g och 1,6T pluggbara sändtagare. Modulatorteknologi tillämpas också på: Kvantinformation Processing Neuromorphic Computing Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) LIDAR Microwave Photon Technology
I synnerhet visar tunnfilm litium niobat elektrooptiska modulatorer styrka i optiska beräkningsmotorer, vilket ger snabb lågeffektmodulering som påskyndar maskininlärning och konstgjorda intelligensapplikationer. Sådana modulatorer kan också arbeta vid låga temperaturer och är lämpliga för kvantklassiska gränssnitt i superledande linjer.
Utvecklingen av nästa generations elektriska optiska modulatorer står inför flera stora utmaningar: produktionskostnader och skala: tunnfilm litium niobatmodulatorer är för närvarande begränsade till 150 mm skivproduktion, vilket resulterar i högre kostnader. Branschen måste utöka skivstorleken samtidigt som filmens enhetlighet och kvalitet upprätthålls. Integration och samdesign: den framgångsrika utvecklingen avhögpresterande modulatorerKräver omfattande samdesignfunktioner, som involverar samarbete mellan optoelektronik och elektroniska chipdesigners, EDA-leverantörer, foots och förpackningsexperter. Tillverkningskomplexitet: Även om kiselbaserade optoelektronikprocesser är mindre komplexa än avancerad CMOS-elektronik, kräver det att uppnå stabil prestanda och utbyte betydande expertis och tillverkningsprocessoptimering.
Drivet av AI -boom och geopolitiska faktorer får området ökade investeringar från regeringar, industri och den privata sektorn runt om i världen, vilket skapar nya möjligheter för samarbete mellan akademi och industri och lovar att påskynda innovation.
Posttid: dec-30-2024