Die Zukunft vonoptische Elektromodulatoren
Elektro -Optikmodulatoren spielen eine zentrale Rolle in modernen optoelektronischen Systemen und spielen eine wichtige Rolle in vielen Bereichen, von der Kommunikation über das Quantencomputer, indem die Eigenschaften von Licht regulieren. In diesem Artikel wird der aktuelle Status, der neueste Durchbruch und die zukünftige Entwicklung der Electro -Optikmodulator -Technologie erörtert
Abbildung 1: Leistungsvergleich von verschiedenenOptischer ModulatorTechnologien, darunter Dünnfilm-Lithium-Niobat (TFLN), III-V-elektrische Absorptionsmodulatoren (EAM), Siliziumbasis und Polymermodulatoren in Bezug auf Insertionsverlust, Bandbreite, Stromverbrauch, Größe und Herstellungskapazität.
Herkömmliche Elektro-Optikmodulatoren auf Siliziumbasis und ihre Grenzen
In Siliziumbasis basierende photoelektrische Lichtmodulatoren sind seit vielen Jahren die Grundlage für optische Kommunikationssysteme. Basierend auf dem Plasma -Dispersionseffekt haben solche Geräte in den letzten 25 Jahren bemerkenswerte Fortschritte erzielt und die Datenübertragungsraten um drei Größenordnungen erhöht. Moderne Modulatoren auf Siliziumbasis können eine 4-Level-Pulsamplitudenmodulation (PAM4) von bis zu 224 GB/s und sogar mehr als 300 GB/s mit PAM8-Modulation erreichen.
Modulatoren auf Siliziumbasis sind jedoch grundlegenden Einschränkungen ausgesetzt, die sich aus materiellen Eigenschaften ergeben. Wenn optische Transceivers Baud -Raten von mehr als 200+ GBAUD erfordern, ist die Bandbreite dieser Geräte schwierig, die Nachfrage zu befriedigen. Diese Einschränkung ergibt sich aus den inhärenten Eigenschaften von Silizium - dem Gleichgewicht zwischen übermäßiger Lichtverlust und der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Leitfähigkeit schafft unvermeidliche Kompromisse.
Emerging Modulatortechnologie und Materialien
Die Einschränkungen traditioneller Modulatoren auf Siliziumbasis haben die Erforschung alternativer Materialien und Integrationstechnologien gesteuert. Dünnfilm Lithium Niobate ist zu einer der vielversprechendsten Plattformen für eine neue Generation von Modulatoren geworden.Dünnfilm Lithium Niobatelektrooptische ModulatorenErben Sie die hervorragenden Eigenschaften von Bulk-Lithium-Niobat, einschließlich: breites transparentes Fenster, großer elektrooptischer Koeffizient (R33 = 31 pm/v) Linearer Zell-Kerrs-Effekt kann in mehreren Wellenlängenbereichen funktionieren
Die jüngsten Fortschritte in der Dünnfilm -Lithium -Niobat -Technologie haben bemerkenswerte Ergebnisse geführt, einschließlich eines Modulators mit 260 GBAUD mit Datenraten von 1,96 TB/s pro Kanal. Die Plattform hat einzigartige Vorteile wie CMOS-kompatible Antriebsspannung und 3-DB-Bandbreite von 100 GHz.
Aufstrebende Technologieanwendung
Die Entwicklung von Elektro -Optikmodulatoren hängt eng mit aufstrebenden Anwendungen in vielen Bereichen zusammen. Im Bereich der künstlichen Intelligenz und der Rechenzentren,,Hochgeschwindigkeitsmodulatorensind wichtig für die nächste Generation von Verbindungen, und die AI -Computeranwendungen steuern die Nachfrage nach 800G- und 1,6 -t -Steckdose -Transceivern. Die Modulator -Technologie wird auch angewendet auf: Quanteninformationsverarbeitung
Insbesondere die elektrooptischen Modulatoren von Dünnfilm-Lithium-Niobat-Elektro-optischen Modulatoren zeigen in optischen Rechenverarbeitungsmotoren eine schnelle Modulation mit geringer Leistung, die maschinelles Lernen und Anwendungen für künstliche Intelligenz beschleunigt. Solche Modulatoren können auch bei niedrigen Temperaturen arbeiten und sind für quantenklassische Schnittstellen in supraleitenden Linien geeignet.
Die Entwicklung von Elektro-Optikmodulatoren der nächsten Generation steht vor verschiedenen Herausforderungen: Produktionskosten und Skala: Dünnfilm-Lithium-Niobatemodulatoren sind derzeit auf 150 mm Wafer-Produktion begrenzt, was zu höheren Kosten führt. Die Branche muss die Wafergröße erweitern und gleichzeitig die Einheitlichkeit und Qualität des Films beibehalten. Integration und Co-Design: die erfolgreiche Entwicklung vonHochleistungsmodulatorenErfordert umfassende Co-Design-Funktionen, die die Zusammenarbeit von Optoelektronik- und elektronischen Chip-Designern, EDA-Lieferanten, Brunnen und Verpackungsexperten umfassen. Fertigungskomplexität: Während die optoelektronischen Prozesse auf Siliziumbasis weniger komplex sind als die fortschrittliche CMOS-Elektronik, erfordert die Erzielung einer stabilen Leistung und Erträge erhebliche Expertise und Herstellungsprozessoptimierung.
Angetrieben von dem KI -Boom und den geopolitischen Faktoren erhält das Feld erhöhte Investitionen von Regierungen, Industrie und dem privaten Sektor auf der ganzen Welt, wodurch neue Möglichkeiten für die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie geschaffen und die Innovationen beschleunigt werden können.
Postzeit: Dezember 20-2024