Будучыняэлектрааптычныя мадулятары
Электрааптычныя мадулятары гуляюць цэнтральную ролю ў сучасных оптаэлектронных сістэмах, адыгрываючы важную ролю ў многіх галінах ад сувязі да квантавых вылічэнняў, рэгулюючы ўласцівасці святла. У гэтым артыкуле абмяркоўваецца бягучы стан, апошні прарыў і будучае развіццё тэхналогіі электрааптычнага мадулятара
Малюнак 1: Параўнанне прадукцыйнасці розныхаптычны мадулятартэхналогіі, уключаючы тонкаплёнкавы ніябат літыя (TFLN), мадулятары электрычнага паглынання III-V (EAM), крэмніевыя і палімерныя мадулятары з пункту гледжання ўносяцца страт, прапускной здольнасці, энергаспажывання, памеру і вытворчых магутнасцей.
Традыцыйныя электрааптычныя мадулятары на аснове крэмнія і іх абмежаванні
Фотаэлектрычныя мадулятары святла на аснове крэмнію на працягу многіх гадоў былі асновай сістэм аптычнай сувязі. Заснаваныя на эфекце плазменнай дысперсіі, такія прылады дасягнулі значнага прагрэсу за апошнія 25 гадоў, павялічыўшы хуткасць перадачы даных на тры парадкі. Сучасныя крэмніевыя мадулятары могуць дасягнуць 4-ўзроўневай амплітуднай імпульснай мадуляцыі (PAM4) да 224 Гбіт/с і нават больш за 300 Гбіт/с з мадуляцыяй PAM8.
Аднак мадулятары на аснове крэмнія сутыкаюцца з фундаментальнымі абмежаваннямі, якія вынікаюць з уласцівасцяў матэрыялу. Калі для аптычных прыёмаперадатчыкаў патрабуецца хуткасць перадачы больш за 200+ Гбод, прапускная здольнасць гэтых прылад цяжка задаволіць патрабаванні. Гэта абмежаванне вынікае з неад'емных уласцівасцяў крэмнію - баланс пазбягання празмернай страты святла пры захаванні дастатковай праводнасці стварае непазбежныя кампрамісы.
Новыя тэхналогіі і матэрыялы мадулятараў
Абмежаванні традыцыйных крамянёвых мадулятараў падштурхнулі даследаванні альтэрнатыўных матэрыялаў і інтэграцыйных тэхналогій. Тонкаплёнкавы ніябат літыя стаў адной з найбольш перспектыўных платформаў для новага пакалення модуляторов.Тонкаплёнкавыя электрааптычныя мадулятары ніябату літыяатрымаць у спадчыну выдатныя характарыстыкі аб'ёмнага ніябату літыя, у тым ліку: шырокае празрыстае акно, вялікі электрааптычны каэфіцыент (r33 = 31 пм/В) лінейная ячэйка эфект Керса можа працаваць у розных дыяпазонах даўжынь хваль
Апошнія дасягненні ў галіне тонкаплёнкавай тэхналогіі ніябату літыя далі выдатныя вынікі, уключаючы мадулятар, які працуе на хуткасці 260 Гбод з хуткасцю перадачы дадзеных 1,96 Тбіт/с на канал. Платформа мае унікальныя перавагі, такія як CMOS-сумяшчальнае напружанне прывада і прапускная здольнасць 3 дБ 100 ГГц.
Прымяненне новых тэхналогій
Распрацоўка электрааптычных мадулятараў цесна звязана з новымі прымяненнямі ў многіх галінах. У галіне штучнага інтэлекту і цэнтраў апрацоўкі дадзеных,высакахуткасныя мадулятарыважныя для ўзаемазлучэнняў наступнага пакалення, а вылічальныя прыкладанні штучнага інтэлекту выклікаюць попыт на падключаныя прыёмаперадатчыкі 800G і 1,6T. Тэхналогія мадулятара таксама ўжываецца для: квантавай апрацоўкі інфармацыі нейраморфных вылічэнняў частотна мадуляванай бесперапыннай хвалі (FMCW) лідара мікрахвалевай фатоннай тэхналогіі
У прыватнасці, тонкаплёнкавыя электрааптычныя мадулятары з ніябату літыя дэманструюць сілу ў аптычных вылічальных механізмах апрацоўкі, забяспечваючы хуткую мадуляцыю з нізкім энергаспажываннем, якая паскарае машыннае навучанне і прыкладанні штучнага інтэлекту. Такія мадулятары таксама могуць працаваць пры нізкіх тэмпературах і падыходзяць для квантава-класічных інтэрфейсаў у звышправодных лініях.
Распрацоўка электрааптычных мадулятараў наступнага пакалення сутыкаецца з некалькімі сур'ёзнымі праблемамі: Вытворчы кошт і маштаб: тонкаплёнкавыя мадулятары з ніябату літыя ў цяперашні час абмежаваныя вытворчасцю пласцін памерам 150 мм, што прыводзіць да росту выдаткаў. Прамысловасці неабходна павялічваць памер пласцін, захоўваючы аднастайнасць і якасць плёнкі. Інтэграцыя і сумеснае праектаванне: паспяховае развіццёвысокапрадукцыйныя модуляторыпатрабуе шырокіх магчымасцей сумеснага праектавання, уключаючы супрацоўніцтва распрацоўшчыкаў оптаэлектронікі і электронных чыпаў, пастаўшчыкоў EDA, крыніц і экспертаў па ўпакоўцы. Складанасць вытворчасці: у той час як працэсы оптаэлектронікі на аснове крэмнію менш складаныя, чым удасканаленая электроніка CMOS, дасягненне стабільнай прадукцыйнасці і прадукцыйнасці патрабуе значнага вопыту і аптымізацыі вытворчага працэсу.
Падштурхоўваючыся да буму штучнага інтэлекту і геапалітычных фактараў, гэтая сфера атрымлівае больш інвестыцый ад урадаў, прамысловасці і прыватнага сектара па ўсім свеце, ствараючы новыя магчымасці для супрацоўніцтва паміж навуковымі коламі і прамысловасцю і абяцаючы паскорыць інавацыі.
Час публікацыі: 30 снежня 2024 г