ელექტროოპტიკური მოდულატორების მომავალი

მომავალიელექტროოპტიკური მოდულატორები

ელექტროოპტიკური მოდულატორები ცენტრალურ როლს ასრულებენ თანამედროვე ოპტოელექტრონულ სისტემებში, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ სფეროში, კომუნიკაციიდან დაწყებული კვანტური გამოთვლებით დამთავრებული, სინათლის თვისებების რეგულირებით. ეს ნაშრომი განიხილავს ელექტროოპტიკური მოდულატორის ტექნოლოგიის ამჟამინდელ სტატუსს, უახლეს მიღწევებს და სამომავლო განვითარებას.

სურათი 1: სხვადასხვა ვერსიის მუშაობის შედარებაოპტიკური მოდულატორიტექნოლოგიები, მათ შორის თხელფენოვანი ლითიუმის ნიობატი (TFLN), III-V ელექტროშთანთქმის მოდულატორები (EAM), სილიციუმზე დაფუძნებული და პოლიმერული მოდულატორები ჩასმის დანაკარგის, გამტარუნარიანობის, ენერგომოხმარების, ზომისა და წარმოების სიმძლავრის თვალსაზრისით.

ტრადიციული სილიკონზე დაფუძნებული ელექტროოპტიკური მოდულატორები და მათი შეზღუდვები

სილიკონზე დაფუძნებული ფოტოელექტრული სინათლის მოდულატორები მრავალი წლის განმავლობაში წარმოადგენდნენ ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემების საფუძველს. პლაზმური დისპერსიის ეფექტის საფუძველზე, ასეთმა მოწყობილობებმა ბოლო 25 წლის განმავლობაში მნიშვნელოვანი პროგრესი განიცადეს, რამაც მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე სამი რიგით გაზარდა. თანამედროვე სილიკონზე დაფუძნებულ მოდულატორებს შეუძლიათ მიაღწიონ 4-დონიან პულსურ ამპლიტუდურ მოდულაციას (PAM4) 224 გბ/წმ-მდე, ხოლო PAM8 მოდულაციით 300 გბ/წმ-ზე მეტსაც კი.

თუმცა, სილიკონზე დაფუძნებულ მოდულატორებს აქვთ ფუნდამენტური შეზღუდვები, რომლებიც გამომდინარეობს მასალის თვისებებიდან. როდესაც ოპტიკურ გადამცემ-მიმღებებს სჭირდებათ 200+ გბაუდზე მეტი გადაცემის სიჩქარე, ამ მოწყობილობების გამტარუნარიანობა რთულია მოთხოვნის დაკმაყოფილებისთვის. ეს შეზღუდვა გამომდინარეობს სილიკონის თანდაყოლილი თვისებებიდან - სინათლის ჭარბი დანაკარგის თავიდან აცილებისა და საკმარისი გამტარობის შენარჩუნების ბალანსი გარდაუვალ კომპრომისს ქმნის.

ახალი მოდულატორის ტექნოლოგია და მასალები

ტრადიციული სილიკონზე დაფუძნებული მოდულატორების შეზღუდვებმა ალტერნატიული მასალებისა და ინტეგრაციის ტექნოლოგიების კვლევა განაპირობა. თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატი მოდულატორების ახალი თაობის ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ პლატფორმად იქცა.თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორებიმემკვიდრეობით მიღებული აქვს ნაყარი ლითიუმის ნიობატის შესანიშნავი მახასიათებლები, მათ შორის: ფართო გამჭვირვალე ფანჯარა, დიდი ელექტროოპტიკური კოეფიციენტი (r33 = 31 pm/V); ხაზოვანი უჯრედი; კერსის ეფექტი შეიძლება მოქმედებდეს ტალღის სიგრძის მრავალ დიაპაზონში.

თხელფენოვანი ლითიუმ-ნიობატის ტექნოლოგიის ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა შესანიშნავი შედეგები გამოიღო, მათ შორის მოდულატორი, რომელიც მუშაობს 260 გბაუდ სიჩქარით და არხზე 1.96 ტბ/წმ მონაცემთა გადაცემის სიჩქარით. პლატფორმას აქვს უნიკალური უპირატესობები, როგორიცაა CMOS-თან თავსებადი წამყვანი ძაბვა და 100 გჰც-ის 3 დბ გამტარობა.

ახალი ტექნოლოგიების გამოყენება

ელექტროოპტიკური მოდულატორების განვითარება მჭიდრო კავშირშია მრავალ სფეროში ახალ გამოყენებასთან. ხელოვნური ინტელექტისა და მონაცემთა ცენტრების სფეროში,მაღალსიჩქარიანი მოდულატორებიმნიშვნელოვანია ურთიერთდაკავშირების შემდეგი თაობისთვის და ხელოვნური ინტელექტის გამოთვლითი აპლიკაციები ზრდის 800G და 1.6T შესაერთებელი გადამცემ-მიმღებების მოთხოვნას. მოდულატორის ტექნოლოგია ასევე გამოიყენება: კვანტური ინფორმაციის დამუშავება ნეირომორფული გამოთვლები სიხშირის მოდულირებული უწყვეტი ტალღის (FMCW) ლიდარის მიკროტალღური ფოტონის ტექნოლოგია.

კერძოდ, თხელი ფირის ლითიუმ-ნიობატის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორები ძლიერ შედეგს აჩვენებენ ოპტიკურ-გამოთვლით დამუშავების ძრავებში, რაც უზრუნველყოფს სწრაფ, დაბალი სიმძლავრის მოდულაციას, რაც აჩქარებს მანქანური სწავლებისა და ხელოვნური ინტელექტის აპლიკაციებს. ასეთ მოდულატორებს ასევე შეუძლიათ დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობა და შესაფერისია კვანტურ-კლასიკური ინტერფეისებისთვის ზეგამტარ ხაზებში.

ახალი თაობის ელექტროოპტიკური მოდულატორების შემუშავება რამდენიმე მნიშვნელოვანი გამოწვევის წინაშე დგას: წარმოების ღირებულება და მასშტაბი: თხელფენოვანი ლითიუმ-ნიობატის მოდულატორები ამჟამად შემოიფარგლება 150 მმ-იანი ვაფლის წარმოებით, რაც იწვევს უფრო მაღალ ხარჯებს. ინდუსტრიას სჭირდება ვაფლის ზომის გაფართოება, ამავდროულად, ფენის ერთგვაროვნებისა და ხარისხის შენარჩუნებით. ინტეგრაცია და თანადიზაინი: წარმატებული განვითარებამაღალი ხარისხის მოდულატორებიმოითხოვს ყოვლისმომცველ ერთობლივ დიზაინის შესაძლებლობებს, რაც მოიცავს ოპტოელექტრონიკისა და ელექტრონული ჩიპების დიზაინერების, ელექტრონული დანადგარების მიმწოდებლების, შადრევნებისა და შეფუთვის ექსპერტების თანამშრომლობას. წარმოების სირთულე: მიუხედავად იმისა, რომ სილიკონზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონული პროცესები ნაკლებად რთულია, ვიდრე მოწინავე CMOS ელექტრონიკა, სტაბილური მუშაობისა და მოსავლიანობის მიღწევა მოითხოვს მნიშვნელოვან ექსპერტიზას და წარმოების პროცესის ოპტიმიზაციას.

ხელოვნური ინტელექტის ბუმისა და გეოპოლიტიკური ფაქტორების გამო, ეს სფერო მთელ მსოფლიოში მთავრობების, ინდუსტრიისა და კერძო სექტორის მხრიდან მზარდ ინვესტიციებს იღებს, რაც აკადემიურ წრეებსა და ინდუსტრიას შორის თანამშრომლობის ახალ შესაძლებლობებს ქმნის და ინოვაციების დაჩქარების პირობას იძლევა.