Ang kinabukasan ng mga electro optical modulator

Ang kinabukasan ngmga electro optical modulator

Ang mga electro optic modulator ay gumaganap ng mahalagang papel sa mga modernong optoelectronic system, na gumaganap ng 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 kalagayan, pinakabagong tagumpay, at hinaharap na pag-unlad ng teknolohiya ng electro optic modulator.

Pigura 1: Paghahambing ng pagganap ng iba't ibangmodulator na optikalmga teknolohiya, kabilang ang thin film lithium niobate (TFLN), III-V electrical absorption modulators (EAM), silicon-based at polymer modulators sa mga tuntunin ng insertion loss, bandwidth, power consumption, laki, at kapasidad sa paggawa.

Mga tradisyonal na silicon-based electro optic modulator at ang kanilang mga limitasyon

Ang mga silicon-based photoelectric light modulator ay naging batayan ng mga optical communication system sa loob ng maraming taon. Batay sa plasma dispersion effect, ang mga naturang device ay nakagawa ng kahanga-hangang pag-unlad sa nakalipas na 25 taon, na nagpapataas ng mga rate ng paglilipat ng data nang tatlong order ng magnitude. Ang mga modernong silicon-based modulator ay maaaring makamit ang 4-level pulse amplitude modulation (PAM4) na hanggang 224 Gb/s, at higit pa sa 300 Gb/s gamit ang PAM8 modulation.

Gayunpaman, ang mga modulator na nakabatay sa silicon 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 aparatong ito ay mahirap matugunan ang pangangailangan. Ang limitasyong ito ay nagmumula sa mga likas na katangian ng silicon – ang balanse ng pag-iwas sa labis na pagkawala ng liwanag habang pinapanatili ang sapat na conductivity ay lumilikha ng hindi maiiwasang mga tradeoff.

Mga umuusbong na teknolohiya at materyales ng modulator

Ang mga limitasyon ng mga tradisyonal na modulator na nakabatay sa silicon ay nagtulak sa pananaliksik sa mga alternatibong materyales at mga teknolohiya ng integrasyon. Ang thin film lithium niobate ay naging isa sa mga pinakapangakong plataporma para sa isang bagong henerasyon ng mga modulator.Mga modulator na electro-optic na manipis na pelikula ng lithium niobateNagmamana ng mahusay na mga katangian ng bulk lithium niobate, kabilang ang: malawak na transparent na bintana, malaking electro-optic coefficient (r33 = 31 pm/V) linear cell. Ang epekto ng Kerrs ay maaaring gumana sa maraming saklaw ng wavelength.

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

Umuusbong na aplikasyon ng teknolohiya

Ang pag-unlad ng mga electro optic modulator ay malapit na nauugnay sa mga umuusbong na aplikasyon sa maraming larangan. Sa larangan ng artificial intelligence at mga data center,mga high-speed modulatoray mahalaga para sa susunod na henerasyon ng mga interkoneksyon, at ang mga aplikasyon ng AI computing ang nagtutulak sa demand para sa 800G at 1.6T pluggable transceivers. Ang teknolohiya ng modulator ay inilalapat din sa: quantum information processing neuromorphic computing Frequency modulated continuous wave (FMCW) lidar microwave photon technology

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

Ang pag-unlad ng mga susunod na henerasyon ng electro optic modulator ay nahaharap sa ilang malalaking hamon: Gastos at laki ng produksyon: ang mga thin-film 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 film. Integrasyon at Co-design: Ang matagumpay na pag-unlad ngmga modulator na may mataas na pagganapnangangailangan ng komprehensibong kakayahan sa co-design, na kinasasangkutan ng kolaborasyon ng mga optoelectronics at electronic chip designer, mga supplier ng EDA, mga fount, at mga eksperto sa packaging. Pagiging kumplikado ng pagmamanupaktura: Bagama't ang mga proseso ng optoelectronics na nakabatay sa silicon ay hindi gaanong kumplikado kaysa sa mga advanced na CMOS electronics, ang pagkamit ng matatag na pagganap at ani ay nangangailangan ng makabuluhang kadalubhasaan at pag-optimize ng proseso ng pagmamanupaktura.

Dahil sa pag-usbong ng AI at mga salik na geopolitical, 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 kolaborasyon sa pagitan ng akademya at industriya at nangangakong mapabilis ang inobasyon.