ელექტრო ოპტიკური მოდულატორების მომავალი

მომავალიელექტრო ოპტიკური მოდულატორები

ელექტროოპტიკური მოდულატორები ცენტრალურ როლს ასრულებენ თანამედროვე ოპტოელექტრონულ სისტემებში, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ სფეროში, კომუნიკაციიდან კვანტურ გამოთვლებამდე, სინათლის თვისებების რეგულირებით. ეს ნაშრომი განიხილავს ელექტრო ოპტიკური მოდულატორის ტექნოლოგიის ამჟამინდელ სტატუსს, უახლეს მიღწევას და სამომავლო განვითარებას

ნახაზი 1: განსხვავებულის შესრულების შედარებაოპტიკური მოდულატორიტექნოლოგიები, მათ შორის თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატი (TFLN), III-V ელექტრული შთანთქმის მოდულატორები (EAM), სილიკონზე დაფუძნებული და პოლიმერული მოდულატორები შეყვანის დაკარგვის, გამტარუნარიანობის, ენერგიის მოხმარების, ზომისა და წარმოების სიმძლავრის თვალსაზრისით.

ტრადიციული სილიკონზე დაფუძნებული ელექტრო ოპტიკური მოდულატორები და მათი შეზღუდვები

სილიკონზე დაფუძნებული ფოტოელექტრული სინათლის მოდულატორები მრავალი წლის განმავლობაში იყო ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემების საფუძველი. პლაზმური დისპერსიის ეფექტიდან გამომდინარე, ასეთმა მოწყობილობებმა მნიშვნელოვანი პროგრესი მიაღწიეს ბოლო 25 წლის განმავლობაში, გაზარდეს მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე სამი რიგით მასშტაბით. თანამედროვე სილიკონზე დაფუძნებულ მოდულატორებს შეუძლიათ მიაღწიონ 4 დონის პულსის ამპლიტუდის მოდულაციას (PAM4) 224 გბ/წმ-მდე და 300 გბ/წმ-ზე მეტსაც კი PAM8 მოდულაციით.

თუმცა, სილიკონზე დაფუძნებულ მოდულატორებს ექმნებათ ფუნდამენტური შეზღუდვები, რომლებიც გამომდინარეობს მასალის თვისებებიდან. როდესაც ოპტიკური გადამცემები საჭიროებენ ბაუდის სიჩქარეს 200+ Gbaud-ზე მეტი, ამ მოწყობილობების გამტარუნარიანობა ძნელია დააკმაყოფილოს მოთხოვნა. ეს შეზღუდვა მომდინარეობს სილიციუმის თანდაყოლილი თვისებებიდან - ზედმეტი სინათლის დაკარგვის თავიდან აცილების ბალანსი საკმარისი გამტარობის შენარჩუნებისას ქმნის გარდაუვალ კომპრომისებს.

განვითარებადი მოდულატორის ტექნოლოგია და მასალები

ტრადიციული სილიკონზე დაფუძნებული მოდულატორების შეზღუდვებმა განაპირობა კვლევა ალტერნატიულ მასალებსა და ინტეგრაციის ტექნოლოგიებზე. თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატი გახდა ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული პლატფორმა ახალი თაობის მოდულატორებისთვის.თხელი ფირის ლითიუმ ნიობატის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორებინაყარი ლითიუმის ნიობატის შესანიშნავი მახასიათებლების მემკვიდრეობით, მათ შორის: ფართო გამჭვირვალე ფანჯარა, დიდი ელექტროოპტიკური კოეფიციენტი (r33 = 31 pm/V) ხაზოვანი უჯრედის კერსის ეფექტი შეიძლება მოქმედებდეს ტალღის სიგრძის მრავალ დიაპაზონში.

თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის ტექნოლოგიაში ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა გამოიღო შესანიშნავი შედეგები, მათ შორის მოდულატორი, რომელიც მუშაობს 260 გბაუდზე, მონაცემთა სიჩქარით 1,96 ტბ/წმ არხზე. პლატფორმას აქვს უნიკალური უპირატესობები, როგორიცაა CMOS-თან თავსებადი დისკის ძაბვა და 3-დბ გამტარობა 100 გჰც.

განვითარებადი ტექნოლოგიების აპლიკაცია

ელექტრო ოპტიკური მოდულატორების განვითარება მჭიდროდ არის დაკავშირებული მრავალ სფეროში განვითარებულ აპლიკაციებთან. ხელოვნური ინტელექტისა და მონაცემთა ცენტრების სფეროში,მაღალსიჩქარიანი მოდულატორებიმნიშვნელოვანია შემდეგი თაობის ურთიერთკავშირებისთვის და AI გამოთვლითი აპლიკაციები ზრდის მოთხოვნას 800G და 1.6T ჩამრთველ გადამცემებზე. მოდულატორის ტექნოლოგია ასევე გამოიყენება: კვანტური ინფორმაციის დამუშავების ნეირომორფული გამოთვლა სიხშირის მოდულირებული უწყვეტი ტალღის (FMCW) ლიდარ მიკროტალღური ფოტონის ტექნოლოგია

კერძოდ, თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორები აჩვენებენ ძალას ოპტიკური გამოთვლითი დამუშავების ძრავებში, რაც უზრუნველყოფს სწრაფ დაბალი სიმძლავრის მოდულაციას, რომელიც აჩქარებს მანქანურ სწავლებას და ხელოვნური ინტელექტის აპლიკაციებს. ასეთ მოდულატორებს ასევე შეუძლიათ მუშაობა დაბალ ტემპერატურაზე და შესაფერისია კვანტურ-კლასიკური ინტერფეისებისთვის სუპერგამტარ ხაზებში.

შემდეგი თაობის ელექტრო ოპტიკური მოდულატორების შემუშავება რამდენიმე ძირითად გამოწვევას აწყდება: წარმოების ღირებულება და მასშტაბი: თხელი ფენიანი ლითიუმის ნიობატის მოდულატორები ამჟამად შემოიფარგლება 150 მმ ვაფლის წარმოებით, რაც იწვევს უფრო მაღალ ხარჯებს. ინდუსტრიას სჭირდება ვაფლის ზომის გაფართოება, ფილმის ერთგვაროვნებისა და ხარისხის შენარჩუნებით. ინტეგრაცია და ერთობლივი დიზაინი: წარმატებული განვითარებამაღალი ხარისხის მოდულატორებიმოითხოვს ყოვლისმომცველ ერთობლივი დიზაინის შესაძლებლობებს, რაც მოიცავს ოპტოელექტრონული და ელექტრონული ჩიპების დიზაინერების, EDA მომწოდებლების, შადრევნების 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 გამოცდილებას და წარმოების პროცესის ოპტიმიზაციას.

ხელოვნური ინტელექტის ბუმითა და გეოპოლიტიკური ფაქტორებით განპირობებული, სფერო მთელ მსოფლიოში მთავრობებისგან, მრეწველობისა და კერძო სექტორისგან გაზრდილ ინვესტიციებს იღებს, რაც ქმნის ახალ შესაძლებლობებს აკადემიასა და ინდუსტრიას შორის თანამშრომლობისთვის და ინოვაციების დაჩქარებას გვპირდება.