Geleceğielektro optik modülatörler
Elektro-optik modülatörler, ışığın özelliklerini düzenleyerek iletişimden kuantum hesaplamaya kadar birçok alanda önemli bir rol oynayarak modern optoelektronik sistemlerde merkezi bir rol oynar. Bu makalede, elektro-optik modülatör teknolojisinin mevcut durumu, son atılımları ve gelecekteki gelişimi ele alınmaktadır.
Şekil 1: Farklı performans karşılaştırmasıoptik modülatörİnce film lityum niyobat (TFLN), III-V elektriksel emilim modülatörleri (EAM), silikon bazlı ve polimer modülatörler gibi teknolojiler ekleme kaybı, bant genişliği, güç tüketimi, boyut ve üretim kapasitesi açısından farklılık göstermektedir.
Geleneksel silikon tabanlı elektro-optik modülatörler ve sınırlamaları
Silikon bazlı fotoelektrik ışık modülatörleri, uzun yıllardır optik iletişim sistemlerinin temelini oluşturmaktadır. Plazma dispersiyon etkisine dayanan bu cihazlar, son 25 yılda veri aktarım hızlarını üç kat artırarak kayda değer bir ilerleme kaydetmiştir. Modern silikon bazlı modülatörler, 224 Gb/sn'ye kadar 4 seviyeli darbe genlik modülasyonu (PAM4) ve PAM8 modülasyonu ile 300 Gb/sn'nin üzerine çıkabilmektedir.
Ancak, silikon tabanlı modülatörler, malzeme özelliklerinden kaynaklanan temel sınırlamalarla karşı karşıyadır. Optik alıcı-vericiler 200+ Gbaud'dan fazla baud hızı gerektirdiğinde, bu cihazların bant genişliği talebi karşılamakta zorlanır. Bu sınırlama, silikonun doğasında bulunan özelliklerden kaynaklanmaktadır; aşırı ışık kaybını önlerken yeterli iletkenliği koruma dengesi kaçınılmaz ödünleşimler yaratır.
Ortaya çıkan modülatör teknolojisi ve malzemeleri
Geleneksel silikon bazlı modülatörlerin sınırlamaları, alternatif malzemeler ve entegrasyon teknolojileri üzerine araştırmaları yönlendirmiştir. İnce film lityum niyobat, yeni nesil modülatörler için en umut verici platformlardan biri haline gelmiştir.İnce film lityum niyobat elektro-optik modülatörlerGeniş şeffaf pencere, büyük elektro-optik katsayı (r33 = 31 pm/V) doğrusal hücre, Kerrs etkisi birden fazla dalga boyu aralığında çalışabilir; bunlar arasında toplu lityum niyobatın mükemmel özellikleri yer alır.
İnce film lityum niyobat teknolojisindeki son gelişmeler, kanal başına 1,96 Tb/s veri hızına sahip 260 Gbaud hızında çalışan bir modülatör de dahil olmak üzere dikkat çekici sonuçlar ortaya koymuştur. Platform, CMOS uyumlu sürücü voltajı ve 100 GHz'de 3 dB bant genişliği gibi benzersiz avantajlara sahiptir.
Ortaya çıkan teknoloji uygulaması
Elektro-optik modülatörlerin geliştirilmesi, birçok alanda ortaya çıkan yeni uygulamalarla yakından ilişkilidir. Yapay zekâ ve veri merkezleri alanında,yüksek hızlı modülatörlerYeni nesil bağlantılar için önemlidir ve yapay zeka bilişim uygulamaları, 800G ve 1,6T takılabilir alıcı-vericilere olan talebi artırmaktadır. Modülatör teknolojisi ayrıca şunlara da uygulanır: kuantum bilgi işleme nöromorfik bilişim Frekans modülasyonlu sürekli dalga (FMCW) lidar mikrodalga foton teknolojisi
Özellikle ince film lityum niyobat elektro-optik modülatörler, makine öğrenimi ve yapay zekâ uygulamalarını hızlandıran hızlı ve düşük güçlü modülasyon sağlayarak optik hesaplamalı işlem motorlarında güçlü bir performans sergilemektedir. Bu modülatörler düşük sıcaklıklarda da çalışabilir ve süperiletken hatlardaki kuantum-klasik arayüzler için uygundur.
Yeni nesil elektro-optik modülatörlerin geliştirilmesi birkaç önemli zorlukla karşı karşıyadır: Üretim maliyeti ve ölçek: İnce film lityum niyobat modülatörleri şu anda 150 mm'lik yonga üretimiyle sınırlıdır ve bu da daha yüksek maliyetlere yol açmaktadır. Sektörün, film düzgünlüğünü ve kalitesini korurken yonga boyutunu genişletmesi gerekmektedir. Entegrasyon ve Ortak Tasarım: Başarılı geliştirmeyüksek performanslı modülatörleroptoelektronik ve elektronik çip tasarımcıları, EDA tedarikçileri, kaynak makineleri ve paketleme uzmanlarının iş birliğini içeren kapsamlı ortak tasarım yetenekleri gerektirir. Üretim karmaşıklığı: Silikon bazlı optoelektronik süreçleri, gelişmiş CMOS elektroniğine göre daha az karmaşık olsa da, istikrarlı performans ve verim elde etmek önemli uzmanlık ve üretim süreci optimizasyonu gerektirir.
Yapay zeka patlaması ve jeopolitik faktörlerin etkisiyle bu alan, dünya çapında hükümetlerden, sanayiden ve özel sektörden giderek artan yatırımlar alıyor, akademi ve sanayi arasında yeni iş birliği fırsatları yaratıyor ve inovasyonu hızlandırma vaadinde bulunuyor.
Gönderim zamanı: 30 Aralık 2024