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 terbaru, dan pengembangan 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 membuat kemajuan luar biasa selama 25 tahun terakhir, meningkatkan kecepatan transfer data hingga tiga kali lipat. Modulator berbasis silikon modern dapat mencapai modulasi amplitudo pulsa 4 level (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 laju baud lebih dari 200+ Gbaud, lebar pita perangkat ini sulit untuk memenuhi permintaan. Keterbatasan ini berasal dari sifat bawaan silikon – keseimbangan antara menghindari kehilangan cahaya yang berlebihan sambil mempertahankan konduktivitas yang cukup menciptakan pengorbanan yang tak terelakkan.

Teknologi dan material modulator yang baru muncul

Keterbatasan modulator berbasis silikon tradisional telah mendorong penelitian terhadap material alternatif dan teknologi integrasi. Lapisan tipis litium niobat telah menjadi salah satu platform yang paling menjanjikan untuk modulator generasi baru.Modulator elektro-optik litium niobate lapisan 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 terkini dalam teknologi litium niobate lapisan tipis telah menghasilkan 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 lebar pita 3 dB sebesar 100 GHz.

Aplikasi teknologi yang sedang berkembang

Perkembangan modulator elektro optik berkaitan erat dengan munculnya aplikasi di berbagai bidang. Di bidang kecerdasan buatan dan pusat data,modulator kecepatan tinggipenting untuk interkoneksi generasi berikutnya, dan aplikasi komputasi AI mendorong permintaan untuk transceiver yang dapat dicolokkan 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 litium niobate lapisan tipis menunjukkan kekuatan dalam mesin pemrosesan komputasional optik, menyediakan 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 berikutnya menghadapi beberapa tantangan utama: Biaya produksi dan skala: modulator litium niobate lapisan tipis saat ini terbatas pada produksi wafer 150 mm, sehingga menghasilkan biaya yang lebih tinggi. Industri perlu memperluas ukuran wafer sambil mempertahankan keseragaman dan kualitas film. Integrasi dan Desain Bersama: Pengembangan yang berhasilmodulator kinerja tinggimemerlukan kemampuan desain bersama yang komprehensif, yang melibatkan kolaborasi perancang optoelektronik dan chip elektronik, pemasok EDA, sumber, dan pakar pengemasan. Kompleksitas manufaktur: Meskipun proses optoelektronik berbasis silikon kurang kompleks dibandingkan elektronik CMOS tingkat lanjut, untuk mencapai kinerja dan hasil yang stabil diperlukan keahlian yang signifikan dan pengoptimalan proses manufaktur.

Didorong oleh pesatnya perkembangan 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.