Fremtiden forElektro optiske modulatorer
Elektro -optiske modulatorer spiller en central rolle i moderne optoelektroniske systemer og spiller en vigtig rolle på mange områder fra kommunikation til kvanteberegning ved at regulere lysets egenskaber. Dette papir diskuterer den aktuelle status, seneste gennembrud og fremtidig udvikling af elektrooptisk modulatorteknologi
Figur 1: Præstationssammenligning af forskelligeOptisk modulatorTeknologier, herunder tynd film Lithium Niobate (TFLN), III-V elektriske absorptionsmodulatorer (EAM), siliciumbaserede og polymermodulatorer med hensyn til indsættelsestab, båndbredde, strømforbrug, størrelse og fremstillingskapacitet.
Traditionelle siliciumbaserede elektrooptiske modulatorer og deres begrænsninger
Siliciumbaserede fotoelektriske lysmodulatorer har været grundlaget for optiske kommunikationssystemer i mange år. Baseret på plasma -spredningseffekten har sådanne enheder gjort bemærkelsesværdige fremskridt i løbet af de sidste 25 år, hvilket øget dataoverførselshastighederne med tre størrelsesordrer. Moderne siliciumbaserede modulatorer kan opnå 4-niveau pulsamplitude-modulation (PAM4) på op til 224 GB/s og endnu mere end 300 GB/s med PAM8-modulation.
Siliciumbaserede modulatorer står imidlertid over for grundlæggende begrænsninger, der stammer fra materielle egenskaber. Når optiske transceivere kræver baudhastigheder på mere end 200+ Gbaud, er båndbredden af disse enheder vanskelig at imødekomme efterspørgslen. Denne begrænsning stammer fra de iboende egenskaber ved silicium - balancen ved at undgå overdreven lystab, mens den opretholder tilstrækkelig ledningsevne skaber uundgåelige afvejninger.
Emerging Modulator Technology and Materials
Begrænsningerne i traditionelle siliciumbaserede modulatorer har drevet forskning i alternative materialer og integrationsteknologier. Tynd film Lithium Niobate er blevet en af de mest lovende platforme for en ny generation af modulatorer.Tynd film Lithium Niobate Electro-Optic ModulatorsArbejd de fremragende egenskaber ved bulk lithium niobat, herunder: bredt gennemsigtigt vindue, store elektrooptiske koefficient (R33 = 31 PM/V) Lineær celle Kerrs-effekt kan fungere i flere bølgelængdeområder
De seneste fremskridt inden for tynd film Lithium Niobate -teknologi har givet bemærkelsesværdige resultater, herunder en modulator, der opererer på 260 GBaud med datahastigheder på 1,96 TB/s pr. Kanal. Platformen har unikke fordele såsom CMOS-kompatibel drevspænding og 3-DB båndbredde på 100 GHz.
Emerging Technology Application
Udviklingen af elektrooptiske modulatorer er tæt knyttet til nye applikationer inden for mange områder. Inden for kunstig intelligens og datacentre,Højhastighedsmodulatorerer vigtige for den næste generation af sammenkoblinger, og AI Computing -applikationer driver efterspørgslen efter 800 g og 1.6T pluggable transceivere. Modulatorteknologi anvendes også til: Kvantinformationsbehandling Neuromorf beregningsfrekvens Moduleret kontinuerlig bølge (FMCW) LIDAR mikrobølgefoton -teknologi
Især viser tyndfilm Lithium Niobate Electro-Optic Modulators styrke i optiske beregningsmotorer, hvilket giver hurtig lav-effektmodulation, der fremskynder maskinlæring og kunstig intelligensapplikationer. Sådanne modulatorer kan også fungere ved lave temperaturer og er egnede til kvanteklassiske grænseflader i superledende linjer.
Udviklingen af næste generations elektro-optiske modulatorer står over for flere store udfordringer: produktionsomkostninger og skala: Tyndfilm Lithium Niobate-modulatorer er i øjeblikket begrænset til 150 mm-skiveproduktion, hvilket resulterer i højere omkostninger. Branchen er nødt til at udvide waferstørrelsen, mens den opretholder filmuniformitet og kvalitet. Integration og co-design: den vellykkede udvikling afModulatorer med høj ydeevneKræver omfattende co-designfunktioner, der involverer samarbejde mellem optoelektronik og elektroniske chipdesignere, EDA-leverandører, founts og emballageeksperter. Fremstilling af kompleksitet: Mens siliciumbaserede optoelektronikprocesser er mindre komplekse end avanceret CMOS-elektronik, kræver opnåelse af stabil ydeevne og udbytte betydelig ekspertise og fremstillingsprocesoptimering.
Drevet af AI -boom og geopolitiske faktorer modtager området øgede investeringer fra regeringer, industri og den private sektor over hele verden, hvilket skaber nye muligheder for samarbejde mellem akademia og industri og lover at fremskynde innovation.
Posttid: dec-30-2024