ელექტრო ოპტიკური მოდულატორების მომავალი

მომავალიელექტრო ოპტიკური მოდულატორები

ელექტრო ოპტიკური მოდულატორები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ თანამედროვე ოპტოელექტრონულ სისტემებში, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ სფეროში კომუნიკაციიდან კვანტურ გამოთვლამდე, სინათლის თვისებების რეგულირებით. ამ ნაშრომში განხილულია მიმდინარე სტატუსი, უახლესი მიღწევა და ელექტრო ოპტიკური მოდულატორის ტექნოლოგიის მომავალი განვითარება

სურათი 1: განსხვავებულთა შესრულების შედარებაოპტიკური მოდულატორიტექნოლოგიები, მათ შორის თხელი ფილმი Lithium Niobate (TFLN), III-V ელექტრული შთანთქმის მოდულატორები (EAM), სილიკონის დაფუძნებული და პოლიმერული მოდულატორები ჩასმის დაკარგვის, სიჩქარის, ენერგიის მოხმარების, ზომისა და წარმოების შესაძლებლობების თვალსაზრისით.

ტრადიციული სილიკონის დაფუძნებული ელექტრო ოპტიკური მოდულატორები და მათი შეზღუდვები

სილიკონის დაფუძნებული ფოტოელექტრული შუქის მოდულატორები მრავალი წლის განმავლობაში ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემების საფუძველია. პლაზმური დისპერსიული ეფექტის საფუძველზე, ასეთმა მოწყობილობებმა მნიშვნელოვანი პროგრესი განიცადეს ბოლო 25 წლის განმავლობაში, მონაცემთა გადაცემის განაკვეთების გაზრდა მასშტაბის სამი ბრძანებით. თანამედროვე სილიკონის დაფუძნებულ მოდულატორებს შეუძლიათ მიაღწიონ 4 დონის პულსის ამპლიტუდის მოდულაციას (PAM4) 224 გბ/წმ-მდე, და 300 გბ/წმ-ზე მეტიც კი PAM8 მოდულაციით.

ამასთან, სილიკონზე დაფუძნებული მოდულატორები ემუქრებათ ფუნდამენტური შეზღუდვები, რომლებიც გამომდინარეობს მატერიალური თვისებებისაგან. როდესაც ოპტიკური გადამცემი მოითხოვს ბუდის მაჩვენებლებს 200+ -ზე მეტ GBAUD- ზე, ამ მოწყობილობების სიჩქარეს რთულია მოთხოვნის დაკმაყოფილება. ეს შეზღუდვა გამომდინარეობს სილიკონის თანდაყოლილი თვისებებისაგან - გადაჭარბებული სინათლის დაკარგვის თავიდან აცილების ბალანსი, საკმარისი გამტარობის შენარჩუნებისას, ქმნის გარდაუვალ ვაჭრობას.

განვითარებადი მოდულატორის ტექნოლოგია და მასალები

ტრადიციული სილიკონის დაფუძნებული მოდულატორების შეზღუდვებმა განაპირობა ალტერნატიული მასალების და ინტეგრაციის ტექნოლოგიების კვლევა. თხელი ფილმი Lithium Niobate გახდა ერთ -ერთი ყველაზე პერსპექტიული პლატფორმა ახალი თაობის მოდულატორებისთვის.თხელი ფილმი ლითიუმის ნიობატის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორებიმემკვიდრეობა ნაყარი ლითიუმის ნიობატის შესანიშნავი მახასიათებლების ჩათვლით, მათ შორის: ფართო გამჭვირვალე ფანჯარა, დიდი ელექტრო ოპტიკური კოეფიციენტი (R33 = 31 PM/V) ხაზოვანი უჯრედის kerrs ეფექტს შეუძლია ფუნქციონირება მრავალჯერადი ტალღის სიგრძის დიაპაზონში

თხელი ფილმის Lithium Niobate Technology- ის ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა შესანიშნავი შედეგი გამოიღო, მათ შორის მოდულატორი, რომელიც მოქმედებს 260 GBAUD– ზე, მონაცემების განაკვეთებით 1.96 ტბ/წმ არხზე. პლატფორმას აქვს უნიკალური უპირატესობები, როგორიცაა CMOS- ის თავსებადი წამყვანი ძაბვა და 3-DB გამტარობა 100 გიგაჰერცით.

განვითარებადი ტექნოლოგიის პროგრამა

ელექტრო ოპტიკური მოდულატორების შემუშავება მჭიდრო კავშირშია მრავალ სფეროში განვითარებად პროგრამებთან. ხელოვნური ინტელექტისა და მონაცემთა ცენტრების სფეროში,მაღალსიჩქარიანი მოდულატორებიმნიშვნელოვანია შემდეგი თაობის ურთიერთკავშირი, ხოლო AI გამოთვლითი პროგრამები ზრდის მოთხოვნას 800G და 1.6T Pluggable Transceiver. მოდულატორის ტექნოლოგია ასევე გამოიყენება: კვანტური ინფორმაციის დამუშავების ნეირომორფული გამოთვლების სიხშირე მოდულირებული უწყვეტი ტალღის (FMCW) LIDAR მიკროტალღური ფოტონის ტექნოლოგია

კერძოდ, თხელი ფილმი ლითიუმის ნიობატის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორები აჩვენებენ ძალას ოპტიკური გამოთვლითი დამუშავების ძრავებში, უზრუნველყოფს სწრაფი დაბალი სიმძლავრის მოდულაციას, რაც აჩქარებს მანქანების სწავლებას და ხელოვნური ინტელექტის პროგრამებს. ასეთ მოდულატორებს ასევე შეუძლიათ მუშაობდნენ დაბალ ტემპერატურაზე და შესაფერისია კვანტური კლასიკური ინტერფეისებისთვის სუპერგამტარ ხაზებში.

შემდეგი თაობის ელექტრო ოპტიკური მოდულატორების შემუშავება რამდენიმე ძირითადი გამოწვევის წინაშე დგას: წარმოების ღირებულება და მასშტაბები: თხელი ფილმის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორები ამჟამად შემოიფარგლება მხოლოდ 150 მმ ვაფლის წარმოებით, რის შედეგადაც უფრო მაღალია ხარჯები. ინდუსტრიამ უნდა გააფართოვოს ვაფლის ზომა, ხოლო ფილმის ერთგვაროვნებისა და ხარისხის შენარჩუნებისას. ინტეგრაცია და თანადაფინანსება: წარმატებული განვითარებამაღალი ხარისხის მოდულატორებიმოითხოვს ყოვლისმომცველ თანაგუნდელ შესაძლებლობებს, რომელშიც შედის ოპტოელექტრონიკისა და ელექტრონული ჩიპების დიზაინერების, EDA მომწოდებლების, შადრევნების და შეფუთვის ექსპერტების თანამშრომლობა. წარმოების სირთულე: მიუხედავად იმისა, რომ სილიკონზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონიკის პროცესები ნაკლებად რთულია, ვიდრე მოწინავე CMOS ელექტრონიკა, სტაბილური შესრულებისა და მოსავლიანობის მიღწევა მოითხოვს მნიშვნელოვან ექსპერტიზასა და წარმოების პროცესის ოპტიმიზაციას.

AI ბუმისა და გეოპოლიტიკური ფაქტორებით გამოწვეული, სფერო იღებს გაზრდილი ინვესტიციები მთავრობებისგან, ინდუსტრიისა და კერძო სექტორისგან მთელს მსოფლიოში, ქმნის აკადემიასა და ინდუსტრიას შორის თანამშრომლობის ახალ შესაძლებლობებს და ინოვაციების დაჩქარებას.