Masa depan modulator optik elektro

Masa depanModulator Optik Elektro

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

Gambar 1: Perbandingan kinerja yang berbedamodulator optikTeknologi, termasuk film tipis lithium niobate (TFLN), Modulator Penyerapan Listrik III-V (EAM), modulator berbasis silikon dan polimer dalam hal kehilangan penyisipan, bandwidth, konsumsi daya, ukuran, dan kapasitas manufaktur.

Modulator optik elektro berbasis silikon tradisional dan keterbatasannya

Modulator cahaya fotoelektrik berbasis silikon telah menjadi dasar sistem komunikasi optik selama bertahun-tahun. Berdasarkan efek dispersi plasma, perangkat tersebut telah membuat kemajuan luar biasa selama 25 tahun terakhir, meningkatkan laju transfer data dengan tiga pesanan besarnya. 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 laju baud lebih dari 200+ GBAUD, bandwidth perangkat ini sulit untuk memenuhi permintaan. Keterbatasan ini berasal dari sifat inheren silikon - keseimbangan menghindari kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mempertahankan konduktivitas yang cukup menciptakan tradeoff yang tak terhindarkan.

Teknologi dan Bahan Modulator yang Muncul

Keterbatasan modulator berbasis silikon tradisional telah mendorong penelitian ke dalam bahan alternatif dan teknologi integrasi. Film tipis lithium niobate telah menjadi salah satu platform paling menjanjikan untuk generasi baru modulator.Modulator elektro-optik lithium niobate film tipismewarisi karakteristik yang sangat baik dari lithium niobate curah, termasuk: jendela transparan lebar, koefisien elektro-optik besar (R33 = 31 pm/v) Efek kerrs sel linier dapat beroperasi dalam rentang panjang gelombang berganda

Kemajuan terbaru dalam film tipis Lithium Niobate Technology telah menghasilkan hasil yang luar biasa, termasuk modulator yang beroperasi pada 260 GBAUD dengan tingkat data 1,96 TB/s per saluran. Platform ini memiliki keunggulan unik seperti tegangan drive yang kompatibel dengan CMOS dan bandwidth 3-DB 100 GHz.

Aplikasi teknologi yang muncul

Pengembangan modulator optik elektro terkait erat dengan aplikasi yang muncul di banyak bidang. Di bidang kecerdasan buatan dan pusat data,Modulator berkecepatan tinggipenting untuk generasi interkoneksi berikutnya, dan aplikasi komputasi AI mendorong permintaan untuk transceiver pluggable 800G dan 1.6T. Teknologi modulator juga diterapkan pada: pemrosesan informasi kuantum Frekuensi komputasi neuromorfik Modulated Continuous Wave (FMCW) Lidar Microwave Photon Technology

Secara khusus, modulator elektro-optik lithium niobate film tipis menunjukkan kekuatan dalam mesin pemrosesan komputasi optik, memberikan modulasi daya rendah cepat yang mempercepat pembelajaran mesin dan aplikasi kecerdasan buatan. Modulator semacam itu juga dapat beroperasi pada suhu rendah dan cocok untuk antarmuka kuantum-klasik di jalur superkonduktor.

Pengembangan modulator optik elektro generasi berikutnya menghadapi beberapa tantangan utama: biaya dan skala produksi: Modulator lithium niobate film tipis saat ini dibatasi hingga 150 mm produksi wafer, menghasilkan biaya yang lebih tinggi. Industri perlu memperluas ukuran wafer sambil mempertahankan keseragaman dan kualitas film. Integrasi dan co-desain: Keberhasilan pengembanganModulator berkinerja tinggiMembutuhkan kemampuan co-desain yang komprehensif, yang melibatkan kolaborasi optoelektronik dan perancang chip elektronik, pemasok EDA, air, dan pakar pengemasan. Kompleksitas manufaktur: Sementara proses optoelektronika berbasis silikon kurang kompleks daripada elektronik CMOS canggih, mencapai kinerja dan hasil yang stabil membutuhkan keahlian yang signifikan dan optimasi proses manufaktur.

Didorong oleh Boom AI dan faktor geopolitik, lapangan menerima peningkatan investasi dari pemerintah, industri dan sektor swasta di seluruh dunia, menciptakan peluang baru untuk kolaborasi antara akademisi dan industri dan menjanjikan untuk mempercepat inovasi.