Ang hinaharap ng electro optical modulators

Ang kinabukasan ngelectro optical modulators

Ang mga electro optic modulator ay gumaganap ng isang sentral na papel sa mga modernong optoelectronic system, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa maraming larangan mula sa komunikasyon hanggang sa quantum computing sa pamamagitan ng pag-regulate ng mga katangian ng liwanag. Tinatalakay ng papel na ito ang kasalukuyang katayuan, pinakabagong tagumpay at hinaharap na pag-unlad ng teknolohiyang electro optic modulator

Figure 1: Paghahambing ng pagganap ng iba't ibangoptical modulatormga teknolohiya, kabilang ang thin film lithium niobate (TFLN), III-V electrical absorption modulators (EAM), silicone-based at polymer modulators sa mga tuntunin ng pagkawala ng insertion, bandwidth, paggamit ng kuryente, laki, at kapasidad sa pagmamanupaktura.

Mga tradisyunal na electro optic modulator na nakabatay sa silikon at ang kanilang mga limitasyon

Silicon-based photoelectric light modulators ang naging batayan ng optical communication systems sa loob ng maraming taon. Batay sa epekto ng pagpapakalat ng plasma, ang mga naturang device ay gumawa ng kapansin-pansing pag-unlad sa nakalipas na 25 taon, na nagpapataas ng mga rate ng paglilipat ng data ng tatlong mga order ng magnitude. Makakamit ng modernong silicon-based modulators ang 4-level pulse amplitude modulation (PAM4) na hanggang 224 Gb/s, at kahit na higit sa 300 Gb/s na may PAM8 modulation.

Gayunpaman, ang mga modulator na nakabatay sa silikon ay nahaharap sa mga pangunahing limitasyon na nagmumula sa mga katangian ng materyal. Kapag ang mga optical transceiver ay nangangailangan ng mga baud rate na higit sa 200+ Gbaud, ang bandwidth ng mga device na ito ay mahirap matugunan ang pangangailangan. Ang limitasyong ito ay nagmumula sa mga likas na katangian ng silikon - ang balanse ng pag-iwas sa labis na pagkawala ng liwanag habang pinapanatili ang sapat na conductivity ay lumilikha ng hindi maiiwasang mga tradeoff.

Umuusbong na teknolohiya at materyales ng modulator

Ang mga limitasyon ng tradisyunal na mga modulator na nakabatay sa silikon ay nagtulak ng pananaliksik sa mga alternatibong materyales at mga teknolohiya ng pagsasama. Ang thin film lithium niobate ay naging isa sa mga pinaka-promising na platform para sa isang bagong henerasyon ng mga modulator.Manipis na film lithium niobate electro-optic modulatorsmagmana ng mga mahuhusay na katangian ng bulk lithium niobate, kabilang ang: malawak na transparent na window, malaking electro-optic coefficient (r33 = 31 pm/V) linear cell Kerrs effect ay maaaring gumana sa maramihang mga hanay ng wavelength

Ang mga kamakailang pagsulong sa thin film lithium niobate na teknolohiya ay nagbunga ng mga kahanga-hangang resulta, kabilang ang isang modulator na tumatakbo sa 260 Gbaud na may mga rate ng data na 1.96 Tb/s bawat channel. Ang platform ay may mga natatanging bentahe tulad ng CMOS-compatible na drive voltage at 3-dB bandwidth na 100 GHz.

Umuusbong na application ng teknolohiya

Ang pagbuo ng mga electro optic modulator ay malapit na nauugnay sa mga umuusbong na aplikasyon sa maraming larangan. Sa larangan ng artificial intelligence at data center,high-speed modulatorsay mahalaga para sa susunod na henerasyon ng mga interconnection, at ang AI computing application ay nagtutulak sa pangangailangan para sa 800G at 1.6T pluggable transceiver. Ang teknolohiyang modulator ay inilalapat din sa: pagpoproseso ng impormasyon ng kabuuan ng neuromorphic computing Frequency modulated continuous wave (FMCW) lidar microwave photon technology

Sa partikular, ang manipis na film lithium niobate electro-optic modulators ay nagpapakita ng lakas sa optical computational processing engine, na nagbibigay ng mabilis na low-power modulation na nagpapabilis ng machine learning at artificial intelligence application. Ang ganitong mga modulator ay maaari ding gumana sa mababang temperatura at angkop para sa mga quantum-classical na interface sa mga superconducting na linya.

Ang pagbuo ng mga susunod na henerasyong electro optic modulator ay nahaharap sa ilang malalaking hamon: Gastos at sukat ng produksyon: ang mga thin-film na lithium niobate modulator ay kasalukuyang limitado sa 150 mm na produksyon ng wafer, na nagreresulta sa mas mataas na gastos. Kailangang palawakin ng industriya ang laki ng wafer habang pinapanatili ang pagkakapareho at kalidad ng pelikula. Integrasyon at Co-design: Ang matagumpay na pagbuo ngmga modulator na may mataas na pagganapnangangailangan ng komprehensibong mga kakayahan sa co-design, na kinasasangkutan ng pakikipagtulungan ng mga optoelectronics at electronic chip designer, mga supplier ng EDA, founts, at mga eksperto sa packaging. Pagiging kumplikado ng paggawa: Habang ang mga proseso ng optoelectronics na nakabatay sa silicon ay hindi gaanong kumplikado kaysa sa advanced na CMOS electronics, ang pagkamit ng matatag na pagganap at ani ay nangangailangan ng makabuluhang kadalubhasaan at pag-optimize ng proseso ng pagmamanupaktura.

Hinimok ng AI boom at geopolitical na mga kadahilanan, ang larangan ay tumatanggap ng mas mataas na pamumuhunan mula sa mga pamahalaan, industriya at pribadong sektor sa buong mundo, na lumilikha ng mga bagong pagkakataon para sa pakikipagtulungan sa pagitan ng akademya at industriya at nangangako na pabilisin ang pagbabago.