Masa depan modulator elektro optik

Masa depanmodulator elektro optik

Modulator elektro-optik memainkan peran sentral dalam sistem optoelektronik modern, memainkan peran penting dalam berbagai bidang, mulai dari komunikasi hingga komputasi kuantum, dengan mengatur sifat-sifat cahaya. Makalah ini membahas status terkini, terobosan terbaru, dan perkembangan teknologi modulator elektro-optik di masa mendatang.

Gambar 1: Perbandingan kinerja berbagaimodulator optikteknologi, termasuk litium niobat lapisan tipis (TFLN), modulator penyerapan listrik (EAM) III-V, modulator berbasis silikon dan polimer dalam hal kehilangan penyisipan, lebar pita, konsumsi daya, ukuran, dan kapasitas produksi.

Modulator elektro optik berbasis silikon tradisional dan keterbatasannya

Modulator cahaya fotolistrik berbasis silikon telah menjadi dasar sistem komunikasi optik selama bertahun-tahun. Berdasarkan efek dispersi plasma, perangkat tersebut telah mencapai kemajuan pesat selama 25 tahun terakhir, meningkatkan kecepatan transfer data hingga tiga kali lipat. Modulator berbasis silikon modern dapat mencapai modulasi amplitudo pulsa 4 tingkat (PAM4) hingga 224 Gb/s, dan bahkan lebih dari 300 Gb/s dengan modulasi PAM8.

Namun, modulator berbasis silikon menghadapi keterbatasan mendasar yang berasal dari sifat materialnya. Ketika transceiver optik membutuhkan laju baud lebih dari 200+ Gbaud, bandwidth perangkat ini sulit untuk memenuhi permintaan. Keterbatasan ini berasal dari sifat bawaan silikon – keseimbangan antara menghindari kehilangan cahaya yang berlebihan sekaligus mempertahankan konduktivitas yang memadai menciptakan kompromi yang tak terelakkan.

Teknologi dan material modulator yang sedang berkembang

Keterbatasan modulator berbasis silikon tradisional telah mendorong penelitian terhadap material alternatif dan teknologi integrasi. Litium niobat lapisan tipis telah menjadi salah satu platform paling menjanjikan untuk modulator generasi baru.Modulator elektro-optik litium niobate film tipismewarisi karakteristik luar biasa dari lithium niobate massal, termasuk: jendela transparan lebar, koefisien elektro-optik besar (r33 = 31 pm/V) sel linier efek Kerrs dapat beroperasi dalam beberapa rentang panjang gelombang

Kemajuan terbaru dalam teknologi litium niobate lapisan tipis telah menghasilkan hasil yang luar biasa, termasuk modulator yang beroperasi pada 260 Gbaud dengan laju data 1,96 Tb/s per kanal. Platform ini memiliki keunggulan unik seperti tegangan drive yang kompatibel dengan CMOS dan bandwidth 3 dB pada 100 GHz.

Aplikasi teknologi yang sedang berkembang

Perkembangan modulator elektro-optik berkaitan erat dengan perkembangan aplikasi di berbagai bidang. Di bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator kecepatan tinggipenting untuk interkoneksi generasi berikutnya, dan aplikasi komputasi AI mendorong permintaan transceiver pluggable 800G dan 1,6T. Teknologi modulator juga diterapkan pada: pemrosesan informasi kuantum, komputasi neuromorfik, gelombang kontinu termodulasi frekuensi (FMCW), teknologi foton gelombang mikro lidar.

Khususnya, modulator elektro-optik litium niobate lapisan tipis menunjukkan keunggulan dalam mesin pemrosesan komputasi optik, menyediakan modulasi cepat berdaya rendah yang mempercepat aplikasi pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan. Modulator semacam itu juga dapat beroperasi pada suhu rendah dan cocok untuk antarmuka kuantum-klasik dalam jalur superkonduktor.

Pengembangan modulator elektro optik generasi mendatang menghadapi beberapa tantangan utama: Biaya dan skala produksi: modulator litium niobate film tipis saat ini terbatas pada produksi wafer 150 mm, sehingga mengakibatkan biaya yang lebih tinggi. Industri perlu memperluas ukuran wafer sambil mempertahankan keseragaman dan kualitas film. Integrasi dan Desain Bersama: Keberhasilan pengembanganmodulator berkinerja tinggimembutuhkan kemampuan desain bersama yang komprehensif, yang melibatkan kolaborasi antara perancang optoelektronik dan cip elektronik, pemasok EDA, wadah, dan pakar pengemasan. Kompleksitas manufaktur: Meskipun proses optoelektronik berbasis silikon kurang kompleks dibandingkan elektronik CMOS canggih, mencapai kinerja dan hasil yang stabil membutuhkan keahlian yang signifikan dan optimalisasi proses manufaktur.

Didorong oleh perkembangan pesat AI dan faktor geopolitik, bidang ini menerima peningkatan investasi dari pemerintah, industri, dan sektor swasta di seluruh dunia, menciptakan peluang baru untuk kolaborasi antara akademisi dan industri, serta menjanjikan percepatan inovasi.