Elektro optik modülatörlerin geleceği

geleceğielektro optik modülatörler

Elektro optik modülatörler, modern optoelektronik sistemlerde merkezi bir rol oynamakta ve ışığın özelliklerini düzenleyerek iletişimden kuantum hesaplamaya kadar birçok alanda önemli bir rol oynamaktadır. Bu makale elektro optik modülatör teknolojisinin mevcut durumunu, en son atılımını ve gelecekteki gelişimini tartışmaktadır.

Şekil 1: Farklı performans karşılaştırmasıoptik modülatörekleme kaybı, bant genişliği, güç tüketimi, boyut ve üretim kapasitesi açısından ince film lityum niyobat (TFLN), III-V elektrik absorpsiyon modülatörleri (EAM), silikon bazlı ve polimer modülatörleri içeren teknolojiler.

Geleneksel silikon bazlı elektro optik modülatörler ve sınırlamaları

Silikon bazlı fotoelektrik ışık modülatörleri uzun yıllardır optik iletişim sistemlerinin temelini oluşturmuştur. Plazma dağılım etkisine dayanarak, bu tür cihazlar son 25 yılda kayda değer bir ilerleme kaydederek veri aktarım hızlarını üç kat artırdı. Modern silikon bazlı modülatörler, 224 Gb/s'ye kadar 4 seviyeli darbe genlik modülasyonuna (PAM4) ve hatta PAM8 modülasyonuyla 300 Gb/s'den fazla hıza ulaşabilir.

Ancak silikon bazlı modülatörler malzeme özelliklerinden kaynaklanan temel sınırlamalarla karşı karşıyadır. Optik alıcı-vericiler 200+ Gbaud'un üzerinde baud hızlarına ihtiyaç duyduğunda, bu cihazların bant genişliğinin talebi karşılaması zordur. Bu sınırlama silikonun doğal özelliklerinden kaynaklanmaktadır; yeterli iletkenliği korurken aşırı ışık kaybını önleme dengesi kaçınılmaz ödünleşimler yaratır.

Gelişen modülatör teknolojisi ve malzemeleri

Geleneksel silikon bazlı modülatörlerin sınırlamaları, araştırmaları alternatif malzemeler ve entegrasyon teknolojilerine yönlendirmiştir. İnce film lityum niyobat, yeni nesil modülatörler için en umut verici platformlardan biri haline geldi.İnce film lityum niyobat elektro-optik modülatörlertoplu lityum niyobatın mükemmel özelliklerini miras alır: geniş şeffaf pencere, büyük elektro-optik katsayı (r33 = 31 pm/V) doğrusal hücre Kerrs etkisi birden fazla dalga boyu aralığında çalışabilir

İnce film lityum niyobat teknolojisindeki son gelişmeler, kanal başına 1,96 Tb/s veri hızlarıyla 260 Gbaud'da çalışan bir modülatörün de dahil olduğu dikkate değer sonuçlar vermiştir. Platform, CMOS uyumlu sürücü voltajı ve 100 GHz'lik 3 dB bant genişliği gibi benzersiz avantajlara sahiptir.

Gelişen teknoloji uygulaması

Elektro optik modülatörlerin gelişimi birçok alanda ortaya çıkan uygulamalarla yakından ilgilidir. Yapay zeka ve veri merkezleri alanında,yüksek hızlı modülatörleryeni nesil ara bağlantılar için önemlidir ve yapay zeka bilgi işlem uygulamaları, 800G ve 1,6T takılabilir alıcı-vericilere olan talebi artırmaktadır. Modülatör teknolojisi aynı zamanda aşağıdakilere de uygulanır: kuantum bilgi işleme nöromorfik hesaplama Frekans modülasyonlu sürekli dalga (FMCW) lidar mikrodalga foton teknolojisi

Özellikle ince film lityum niyobat elektro-optik modülatörler, optik hesaplamalı işleme motorlarında güç göstererek, makine öğrenimi ve yapay zeka uygulamalarını hızlandıran hızlı düşük güçlü modülasyon sağlar. Bu tür modülatörler aynı zamanda düşük sıcaklıklarda da çalışabilir ve süper iletken hatlardaki kuantum klasik arayüzler için uygundur.

Yeni nesil elektro optik modülatörlerin geliştirilmesi birçok büyük zorlukla karşı karşıyadır: Üretim maliyeti ve ölçeği: ince film lityum niyobat modülatörleri şu anda 150 mm levha üretimiyle sınırlıdır, bu da daha yüksek maliyetlere neden olur. Endüstrinin, film tekdüzeliğini ve kalitesini korurken levha boyutunu genişletmesi gerekiyor. Entegrasyon ve Ortak Tasarım: Başarılı bir şekilde geliştirilmesiyüksek performanslı modülatörleroptoelektronik ve elektronik çip tasarımcılarının, EDA tedarikçilerinin, kaynakların ve paketleme uzmanlarının işbirliğini içeren kapsamlı ortak tasarım yetenekleri gerektirir. Üretim karmaşıklığı: Silikon bazlı optoelektronik süreçler, gelişmiş CMOS elektroniklerine göre daha az karmaşık olsa da, istikrarlı performans ve verim elde etmek, önemli ölçüde uzmanlık ve üretim süreci optimizasyonu gerektirir.

Yapay zeka patlaması ve jeopolitik faktörlerden etkilenen bu alan, dünya çapında hükümetlerden, endüstriden ve özel sektörden artan yatırım alıyor, bu da akademi ile sanayi arasında yeni işbirliği fırsatları yaratıyor ve inovasyonu hızlandırma sözü veriyor.