БудущееЭлектро -оптические модуляторы
Электроизмические модуляторы играют центральную роль в современных оптоэлектронных системах, играя важную роль во многих областях от связи до квантовых вычислений, регулируя свойства света. В этом документе обсуждается текущий статус, последний прорыв и будущее развитие технологии электроэлектрического модулятора
Рисунок 1: Сравнение производительности разныхОптический модуляторТехнологии, в том числе тонкоплентный литий-нибат (TFLN), модуляторы Electrical поглощения III-V (EAM), кремниевые модуляторы на основе кремния и полимерные модуляторы с точки зрения потери вставки, пропускной способности, энергопотребления, размера и производственных мощностей.
Традиционные электроэлектрические модуляторы на основе кремния и их ограничения
Фотоэлектрические светильники на основе кремния в течение многих лет были основой систем оптической связи. Основываясь на эффекте дисперсии в плазме, такие устройства достигли замечательного прогресса за последние 25 лет, увеличив скорость передачи данных на три порядка. Современные модуляторы на основе кремния могут достичь модуляции импульсной амплитуды с 4 уровнями (PAM4) до 224 ГБ/с и даже более 300 ГБ/с с модуляцией PAM8.
Тем не менее, модуляторы на основе кремния сталкиваются с фундаментальными ограничениями, связанными с свойствами материала. Когда оптические приемопередатчики требуют показателей бодского положения более чем более чем на 200 Гбауд, пропускная способность этих устройств трудно удовлетворить спрос. Это ограничение связано с присущими свойствами кремния - баланс избегания чрезмерной потери света при сохранении достаточной проводимости создает неизбежные компромиссы.
Новая технология модулятора и материалы
Ограничения традиционных кремниевых модуляторов проводят исследования в области альтернативных материалов и технологий интеграции. Тонкопленка Lithium niobate стал одной из самых перспективных платформ для нового поколения модуляторов.Тонкие модуляторы с тонкими пленками лития ниобатаУнаследовать превосходные характеристики объемного лития ниобата, в том числе: широкое прозрачное окно, большой электрооптический коэффициент (R33 = 31 Pm/V).
Последние достижения в области технологии тонкопленочной лития ниобата дали замечательные результаты, в том числе модулятор, работающий на уровне 260 Гбо, с показателями данных 1,96 ТБ/с на канал. Платформа имеет уникальные преимущества, такие как CMOS-совместимое напряжение привода и пропускная способность 3 дБ 100 ГГц.
Новое технологическое применение
Разработка электроэлектрических модуляторов тесно связана с появляющимися приложениями во многих областях. В области искусственного интеллекта и центров обработки данных,Высокоскоростные модуляторыважны для следующего поколения взаимосвязи, а вычислительные приложения ИИ способствуют спросу на 800G и 1,6 Т. Технология модулятора также применяется к: квантовой информации о обработке информации.
В частности, электрооптические модуляторы с тонкопленочным литиевым литий-нибате демонстрируют силу в оптических вычислительных обработках, обеспечивая быструю модуляцию с низкой мощностью, которая ускоряет приложения машинного обучения и искусственного интеллекта. Такие модуляторы также могут работать при низких температурах и подходят для квантово-классических интерфейсов в сверхпроводящих линиях.
Разработка электроэлектрических модуляторов следующего поколения сталкивается с несколькими основными проблемами: стоимость производства и масштаб: тонкопленочные модуляторы лития ниобата в настоящее время ограничены 150 мМ производства пластин, что приводит к более высоким затратам. Индустрия должна расширить размер пластины, сохраняя при этом единообразие и качество пленки. Интеграция и совместный дизайн: успешное развитиеВысокопроизводительные модуляторыТребуется комплексные возможности совместного проектирования, включающие сотрудничество оптоэлектроники и дизайнеров электронных чипов, поставщиков EDA, предприятий и экспертов по упаковке. Сложность производства: хотя процессы оптоэлектроники на основе кремния менее сложны, чем усовершенствованная электроника CMOS, достижение стабильной производительности и урожайности требует значительного опыта и оптимизации процессов производства.
Используемая Boom и геополитическими факторами ИИ, эта область получает увеличение инвестиций от правительств, промышленности и частного сектора по всему миру, создавая новые возможности для сотрудничества между академическими кругами и промышленностью и обещают ускорить инновации.
Время публикации: декабрь-30-2024