El futur demoduladors electro òptics
Els moduladors electroòptics tenen un paper central en els sistemes optoelectrònics moderns, jugant un paper important en molts camps, des de la comunicació fins a la computació quàntica mitjançant la regulació de les propietats de la llum. Aquest article analitza l'estat actual, el darrer avenç i el desenvolupament futur de la tecnologia de moduladors electroòptics
Figura 1: Comparació de rendiment de diferentsmodulador òptictecnologies, com ara niobat de liti de pel·lícula fina (TFLN), moduladors d'absorció elèctrica III-V (EAM), moduladors basats en silici i polímers en termes de pèrdua d'inserció, amplada de banda, consum d'energia, mida i capacitat de fabricació.
Moduladors electroòptics tradicionals basats en silici i les seves limitacions
Els moduladors de llum fotoelèctrics basats en silici han estat la base dels sistemes de comunicació òptica durant molts anys. A partir de l'efecte de dispersió del plasma, aquests dispositius han fet un progrés notable durant els últims 25 anys, augmentant les taxes de transferència de dades en tres ordres de magnitud. Els moduladors moderns basats en silici poden aconseguir una modulació d'amplitud de pols de 4 nivells (PAM4) de fins a 224 Gb/s, i fins i tot més de 300 Gb/s amb modulació PAM8.
Tanmateix, els moduladors basats en silici s'enfronten a limitacions fonamentals derivades de les propietats dels materials. Quan els transceptors òptics requereixen velocitats de transmissió de més de 200 Gbaud, l'amplada de banda d'aquests dispositius és difícil de satisfer la demanda. Aquesta limitació prové de les propietats inherents del silici: l'equilibri d'evitar una pèrdua excessiva de llum mentre es manté una conductivitat suficient crea compensacions inevitables.
Tecnologia i materials de moduladors emergents
Les limitacions dels moduladors tradicionals basats en silici han impulsat la recerca de materials alternatius i tecnologies d'integració. El niobat de liti de pel·lícula fina s'ha convertit en una de les plataformes més prometedores per a una nova generació de moduladors.Moduladors electro-òptics de niòbat de liti de pel·lícula finahereten les excel·lents característiques del niobat de liti a granel, incloent: finestra àmplia transparent, gran coeficient electro-òptic (r33 = 31 pm/V) cel·la lineal L'efecte Kerrs pot funcionar en diversos rangs de longitud d'ona
Els avenços recents en la tecnologia de niobat de liti de pel·lícula fina han donat resultats notables, inclòs un modulador que funciona a 260 Gbaud amb velocitats de dades d'1,96 Tb/s per canal. La plataforma té avantatges únics, com ara la tensió de la unitat compatible amb CMOS i una amplada de banda de 3 dB de 100 GHz.
Aplicació de tecnologia emergent
El desenvolupament de moduladors electroòptics està estretament relacionat amb les aplicacions emergents en molts camps. En l'àmbit de la intel·ligència artificial i els centres de dades,moduladors d'alta velocitatsón importants per a la propera generació d'interconnexions, i les aplicacions de computació d'IA impulsen la demanda de transceptors connectables 800G i 1.6T. La tecnologia del modulador també s'aplica a: processament de la informació quàntica informàtica neuromòrfica Frequency modulated continuous wave (FMCW) tecnologia de fotons de microones lidar
En particular, els moduladors electro-òptics de niòbat de liti de pel·lícula fina mostren força en els motors de processament computacional òptic, proporcionant una modulació ràpida de baixa potència que accelera l'aprenentatge automàtic i les aplicacions d'intel·ligència artificial. Aquests moduladors també poden funcionar a baixes temperatures i són adequats per a interfícies quàntiques-clàssiques en línies superconductores.
El desenvolupament de moduladors electroòptics de nova generació s'enfronta a diversos reptes importants: Cost de producció i escala: els moduladors de niobat de liti de pel·lícula fina es limiten actualment a la producció d'hòsties de 150 mm, la qual cosa comporta costos més elevats. La indústria ha d'ampliar la mida de les hòsties mantenint la uniformitat i la qualitat de la pel·lícula. Integració i co-disseny: el desenvolupament exitós demoduladors d'alt rendimentrequereix capacitats integrals de co-disseny, que impliquin la col·laboració de dissenyadors d'optoelectrònica i xips electrònics, proveïdors d'EDA, fonts i experts en embalatge. Complexitat de fabricació: tot i que els processos optoelectrònics basats en silici són menys complexos que l'electrònica CMOS avançada, aconseguir un rendiment i un rendiment estables requereix una experiència significativa i una optimització del procés de fabricació.
Impulsat pel boom de la IA i els factors geopolítics, el camp està rebent una inversió més gran dels governs, la indústria i el sector privat d'arreu del món, creant noves oportunitats de col·laboració entre el món acadèmic i la indústria i prometent accelerar la innovació.
Hora de publicació: 30-12-2024