Masa depan modulator elektro optik

Masa depanmodulator elektro optik

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

Gambar 1: Perbandingan kinerja yang berbeda-bedamodulator optikteknologi, termasuk film tipis lithium niobate (TFLN), modulator serapan listrik III-V (EAM), modulator berbasis silikon dan polimer dalam hal insertion loss, bandwidth, 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 luar biasa selama 25 tahun terakhir, meningkatkan kecepatan transfer data sebesar tiga kali lipat. Modulator modern berbasis silikon 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 memerlukan baud rate lebih dari 200+ Gbaud, bandwidth perangkat ini sulit memenuhi permintaan tersebut. Keterbatasan ini berasal dari sifat bawaan silikon – keseimbangan dalam menghindari kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mempertahankan konduktivitas yang memadai menciptakan konsekuensi yang tidak dapat dihindari.

Teknologi dan material modulator yang sedang berkembang

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

Kemajuan terkini dalam teknologi lithium niobate film tipis telah membuahkan hasil yang luar biasa, termasuk modulator yang beroperasi pada 260 Gbaud dengan kecepatan data 1,96 Tb/s per saluran. Platform ini memiliki keunggulan unik seperti tegangan drive yang kompatibel dengan CMOS dan bandwidth 3 dB pada 100 GHz.

Penerapan teknologi yang sedang berkembang

Perkembangan modulator elektro optik erat kaitannya dengan aplikasi yang muncul di banyak bidang. Di bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator berkecepatan tinggipenting untuk interkoneksi generasi berikutnya, dan aplikasi komputasi AI mendorong permintaan akan 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

Secara khusus, modulator elektro-optik lithium niobate film tipis menunjukkan kekuatan dalam mesin pemrosesan komputasi optik, memberikan modulasi daya rendah yang cepat yang mempercepat pembelajaran mesin dan aplikasi 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 besar: Biaya dan skala produksi: modulator lithium niobate film tipis saat ini terbatas pada produksi wafer 150 mm, yang mengakibatkan biaya lebih tinggi. Industri perlu memperluas ukuran wafer dengan tetap menjaga keseragaman dan kualitas film. Integrasi dan Desain Bersama: Keberhasilan pengembanganmodulator berkinerja tinggimemerlukan kemampuan desain bersama yang komprehensif, yang melibatkan kolaborasi perancang optoelektronik dan chip elektronik, pemasok EDA, sumber daya, dan pakar pengemasan. Kompleksitas manufaktur: Meskipun proses optoelektronik berbasis silikon tidak sekompleks elektronik CMOS canggih, untuk mencapai kinerja dan hasil yang stabil memerlukan keahlian yang signifikan dan optimalisasi proses manufaktur.

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