Будучыняэлектрааптычныя мадулятары
Электрааптычныя мадулятары адыгрываюць цэнтральную ролю ў сучасных оптаэлектронных сістэмах, адыгрываючы важную ролю ў многіх галінах, ад сувязі да квантавых вылічэнняў, рэгулюючы ўласцівасці святла. У гэтым артыкуле абмяркоўваецца сучасны стан, апошнія прарывы і будучыя распрацоўкі тэхналогіі электрааптычных мадулятараў.
Малюнак 1: Параўнанне прадукцыйнасці розныхаптычны мадулятартэхналогіі, у тым ліку тонкаплёнкавы ніабат літыя (TFLN), мадулятары электрычнага паглынання III-V групы (EAM), мадулятары на аснове крэмнію і палімераў, з пункту гледжання ўносных страт, прапускной здольнасці, спажыванай магутнасці, памеру і вытворчых магутнасцей.
Традыцыйныя электрааптычныя мадулятары на аснове крэмнію і іх абмежаванні
Фотаэлектрычныя мадулятары святла на аснове крэмнію ўжо шмат гадоў з'яўляюцца асновай аптычных сістэм сувязі. Заснаваныя на эфекце плазменнай дысперсіі, такія прылады дасягнулі значнага прагрэсу за апошнія 25 гадоў, павялічыўшы хуткасць перадачы дадзеных на тры парадкі. Сучасныя мадулятары на аснове крэмнію могуць дасягнуць 4-ўзроўневай імпульснай амплітуднай мадуляцыі (PAM4) да 224 Гбіт/с і нават больш за 300 Гбіт/с з мадуляцыяй PAM8.
Аднак мадулятары на аснове крэмнію сутыкаюцца з фундаментальнымі абмежаваннямі, звязанымі з уласцівасцямі матэрыялу. Калі аптычным прыёмаперадатчыкам патрабуецца хуткасць перадачы дадзеных больш за 200 Гбод, прапускная здольнасць гэтых прылад цяжка задаволіць попыт. Гэта абмежаванне вынікае з уласцівасцяў крэмнію — баланс паміж прадухіленнем празмерных страт святла і захаваннем дастатковай праводнасці стварае непазбежныя кампрамісы.
Новыя тэхналогіі і матэрыялы для мадулятараў
Абмежаванні традыцыйных мадулятараў на аснове крэмнію падштурхнулі даследаванні ў галіне альтэрнатыўных матэрыялаў і тэхналогій інтэграцыі. Тонкаплёнкавы ніабат літыя стаў адной з найбольш перспектыўных платформаў для новага пакалення мадулятараў.Тонкаплёнкавыя электрааптычныя мадулятары на аснове ніабату літыямаюць выдатныя характарыстыкі аб'ёмнага ніабата літыя, у тым ліку: шырокае празрыстае акно, вялікі электрааптычны каэфіцыент (r33 = 31 пм/В), лінейная ячэйка з эфектам Керса, можа працаваць у розных дыяпазонах даўжынь хваль.
Нядаўнія дасягненні ў тэхналогіі тонкаплёнкавых ніабатаў літыя далі выдатныя вынікі, у тым ліку мадулятар, які працуе на хуткасці 260 Гбіт/с з хуткасцю перадачы дадзеных 1,96 Тбіт/с на канал. Платформа мае унікальныя перавагі, такія як CMOS-сумяшчальнае напружанне кіравання і прапускная здольнасць 3 дБ на частаце 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 наступнага пакалення ўзаемасувязяў, а вылічальныя праграмы штучнага інтэлекту стымулююць попыт на падключальныя прыёмаперадатчыкі 800G і 1.6T. Тэхналогія мадулятараў таксама ўжываецца ў: апрацоўцы квантавай інфармацыі, нейраморфных вылічэннях, частатна-мадуляваных бесперапынных хвалях (FMCW), лідары, тэхналогіі мікрахвалевых фатонаў.
У прыватнасці, тонкаплёнкавыя электрааптычныя мадулятары на аснове ніабата літыя дэманструюць моцную эфектыўнасць у аптычных вылічальных сістэмах апрацоўкі, забяспечваючы хуткую нізкаэнергетычную мадуляцыю, якая паскарае машыннае навучанне і прымяненне 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: Кошт вытворчасці і маштаб: вытворчасць тонкаплёнкавых мадулятараў на аснове ніабату літыя ў цяперашні час абмежаваная пласцінамі памерам 150 мм, што прыводзіць да павелічэння выдаткаў. Прамысловасці неабходна павялічваць памер пласцін, захоўваючы пры гэтым аднастайнасць і якасць плёнкі. Інтэграцыя і сумеснае праектаванне: паспяховая распрацоўкавысокапрадукцыйныя мадулятарыпатрабуе комплексных магчымасцей сумеснага праектавання, якія ўключаюць супрацоўніцтва распрацоўшчыкаў оптаэлектронікі і электронных мікрасхем, пастаўшчыкоў электронных прылад кіравання, крыніц і экспертаў па ўпакоўцы. Складанасць вытворчасці: хоць працэсы оптаэлектронікі на аснове крэмнію менш складаныя, чым перадавая КМОП-электроніка, дасягненне стабільнай прадукцыйнасці і выхаду патрабуе значных ведаў і аптымізацыі вытворчых працэсаў.
Пад уплывам буму штучнага інтэлекту і геапалітычных фактараў, гэтая галіна атрымлівае ўсё 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.