Il futuro dimodulatori elettro ottici
I modulatori elettro ottici svolgono un ruolo centrale nei moderni sistemi optoelettronici, svolgendo un ruolo importante in molti campi dalla comunicazione al calcolo quantistico regolando le proprietà della luce. Questo documento discute lo stato attuale, l'ultimo svolta e lo sviluppo futuro della tecnologia del modulatore elettro ottico
Figura 1: confronto delle prestazioni di diversoModulatore otticoTecnologie, tra cui modulatori di assorbimento elettrico III-V (EAM), modulatori di assorbimento elettrico III-V (EAM), modulatori a base di silicio e polimeri in termini di perdita di inserimento, larghezza di banda, consumo di energia, dimensioni e capacità di produzione.
Tradizionali modulatori elettro ottici a base di silicio e le loro limitazioni
I modulatori di luce fotoelettrica a base di silicio sono stati la base dei sistemi di comunicazione ottica per molti anni. Sulla base dell'effetto di dispersione del plasma, tali dispositivi hanno fatto notevoli progressi negli ultimi 25 anni, aumentando i tassi di trasferimento dei dati di tre ordini di grandezza. I moderni modulatori a base di silicio possono ottenere una modulazione di ampiezza dell'impulso a 4 livelli (PAM4) fino a 224 GB/s e anche più di 300 GB/s con modulazione PAM8.
Tuttavia, i modulatori a base di silicio affrontano limiti fondamentali derivanti dalle proprietà dei materiali. Quando i ricetrasmettitori ottici richiedono tassi di alimentazione di oltre 200+ GBAUD, la larghezza di banda di questi dispositivi è difficile soddisfare la domanda. Questa limitazione deriva dalle proprietà intrinseche del silicio: l'equilibrio di evitare una perdita di luce eccessiva, pur mantenendo una conduttività sufficiente, crea inevitabili compromessi.
Tecnologia e materiali del modulatore emergente
I limiti dei tradizionali modulatori a base di silicio hanno spinto la ricerca su materiali alternativi e tecnologie di integrazione. Niobate al litio a film sottile è diventato una delle piattaforme più promettenti per una nuova generazione di modulatori.Modulatori elettro-ottici niobati di litio a film sottileEreditare le eccellenti caratteristiche del niobata al litio sfuso, tra cui: finestra trasparente ampia, coefficiente elettro-ottico di grandi dimensioni (R33 = 31 PM/V) L'effetto KerRS a cella lineare può funzionare in più gamme di lunghezza d'onda
I recenti progressi nella tecnologia di niobate al litio a film sottile hanno prodotto risultati notevoli, tra cui un modulatore che opera a 260 GBAUD con velocità di dati di 1,96 TB/s per canale. La piattaforma presenta vantaggi unici come la tensione di azionamento compatibile con CMOS e la larghezza di banda 3-DB di 100 GHz.
Applicazione tecnologica emergente
Lo sviluppo di modulatori elettro ottici è strettamente correlato alle applicazioni emergenti in molti campi. Nel campo dell'intelligenza artificiale e dei data center,modulatori ad alta velocitàsono importanti per la prossima generazione di interconnessioni e le applicazioni di elaborazione AI stanno guidando la domanda di ricetrasmettitori collegabili da 800 G e 1,6T. La tecnologia del modulatore viene anche applicata a: Elaborazione delle informazioni quantistiche Elaborazione della frequenza di calcolo neuromorfo Frequenza modulata modulata modulata (FMCW) Tecnologia dei fotoni a microonde lidar
In particolare, i modulatori elettro-ottici niobati di litio a film sottile mostrano forza nei motori di elaborazione computazionale ottica, fornendo una modulazione rapida a bassa potenza che accelera le applicazioni di apprendimento automatico e intelligenza artificiale. Tali modulatori possono anche funzionare a basse temperature e sono adatti per interfacce quantistiche-classiche in linee superconduttori.
Lo sviluppo di modulatori elettro ottici di prossima generazione affronta diverse sfide importanti: Costo e scala di produzione: i modulatori di niobate di litio a film sottile sono attualmente limitati a una produzione di wafer da 150 mm, con conseguenti costi più elevati. L'industria deve espandere le dimensioni del wafer mantenendo l'uniformità e la qualità del film. Integrazione e co-progettazione: lo sviluppo riuscito dimodulatori ad alte prestazioniRichiede funzionalità di co-progettazione complete, che coinvolgono la collaborazione di designer di chip di optoelettronica e elettronici, fornitori di EDA, fonti ed esperti di imballaggio. Complessità manifatturiera: mentre i processi optoelettronici a base di silicio sono meno complessi rispetto all'elettronica CMOS avanzata, il raggiungimento di prestazioni e rese stabili richiede un'ottimizzazione significativa per i processi di produzione e di produzione.
Spinto dal boom dell'IA e dai fattori geopolitici, il campo sta ricevendo maggiori investimenti da governi, industria e dal settore privato in tutto il mondo, creando nuove opportunità di collaborazione tra accademia e industria e promettendo di accelerare l'innovazione.
Tempo post: dicembre 30-2024