Masa depan modulator elektro optik

Masa depanmodulator elektro optik

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

Gambar 1: Perbandingan kinerja berbagaimodulator optikteknologi, termasuk lithium niobate film tipis (TFLN), modulator absorpsi listrik III-V (EAM), modulator berbasis silikon dan polimer dalam hal rugi penyisipan, bandwidth, konsumsi daya, ukuran, dan kapasitas manufaktur.

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 mengalami kemajuan luar biasa selama 25 tahun terakhir, meningkatkan laju transfer data hingga tiga orde besaran. 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 material. Ketika transceiver optik membutuhkan kecepatan baud lebih dari 200 Gbaud, bandwidth perangkat ini sulit untuk memenuhi permintaan tersebut. Keterbatasan ini berasal dari sifat inheren silikon – keseimbangan antara menghindari kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mempertahankan konduktivitas yang cukup menciptakan kompromi yang tak terhindarkan.

Teknologi dan material modulator yang sedang berkembang

Keterbatasan modulator berbasis silikon tradisional telah mendorong penelitian ke arah material alternatif dan teknologi integrasi. Film tipis litium niobat telah menjadi salah satu platform yang paling menjanjikan untuk generasi modulator baru.Modulator elektro-optik litium niobate film tipisMewarisi karakteristik unggul dari litium niobate curah, termasuk: jendela transparan yang lebar, koefisien elektro-optik yang besar (r33 = 31 pm/V), efek Kerrs sel linier, dapat beroperasi dalam berbagai rentang panjang gelombang.

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

Penerapan teknologi baru

Pengembangan modulator elektro-optik berkaitan erat dengan aplikasi baru di berbagai bidang. Di bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator kecepatan tinggiTeknologi ini penting untuk generasi interkoneksi berikutnya, dan aplikasi komputasi AI mendorong permintaan akan transceiver pluggable 800G dan 1.6T. Teknologi modulator juga diterapkan pada: pemrosesan informasi kuantum, komputasi neuromorfik, lidar gelombang kontinu termodulasi frekuensi (FMCW), dan teknologi foton gelombang mikro.

Secara khusus, modulator elektro-optik litium niobate film tipis menunjukkan keunggulan dalam mesin pemrosesan komputasi optik, menyediakan modulasi daya rendah yang cepat yang mempercepat pembelajaran mesin dan aplikasi kecerdasan buatan. Modulator tersebut juga dapat beroperasi pada suhu rendah dan cocok untuk antarmuka kuantum-klasik dalam saluran superkonduktor.

Pengembangan modulator elektro-optik generasi berikutnya menghadapi beberapa tantangan utama: Biaya dan skala produksi: modulator litium niobate film tipis saat ini terbatas pada produksi wafer 150 mm, yang mengakibatkan biaya lebih tinggi. Industri perlu memperluas ukuran wafer sambil mempertahankan keseragaman dan kualitas film. Integrasi dan Desain Bersama: Pengembangan yang sukses darimodulator berkinerja tinggiMembutuhkan kemampuan desain bersama yang komprehensif, yang melibatkan kolaborasi antara perancang optoelektronik dan chip elektronik, pemasok EDA, penyedia perangkat lunak, dan ahli pengemasan. Kompleksitas manufaktur: Meskipun proses optoelektronik berbasis silikon kurang kompleks daripada elektronik CMOS canggih, mencapai kinerja dan hasil yang stabil membutuhkan keahlian yang signifikan dan optimasi 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.