O futuro demoduladores electro-ópticos
Os moduladores electroópticos xogan un papel central nos sistemas optoelectrónicos modernos, xogando un papel importante en moitos campos, desde a comunicación ata a computación cuántica regulando as propiedades da luz. Este artigo analiza o estado actual, o último avance e o desenvolvemento futuro da tecnoloxía de moduladores electro-ópticos
Figura 1: comparación de rendemento de diferentesmodulador ópticotecnoloxías, incluíndo niobato de litio de película fina (TFLN), moduladores de absorción eléctrica III-V (EAM), moduladores baseados en silicio e polímeros en termos de perda de inserción, ancho de banda, consumo de enerxía, tamaño e capacidade de fabricación.
Moduladores electro ópticos tradicionais baseados en silicio e as súas limitacións
Os moduladores de luz fotoeléctricos baseados en silicio foron a base dos sistemas de comunicación óptica durante moitos anos. Con base no efecto de dispersión do plasma, estes dispositivos fixeron un progreso notable nos últimos 25 anos, aumentando as taxas de transferencia de datos en tres ordes de magnitude. Os modernos moduladores baseados en silicio poden acadar unha modulación de amplitude de pulso de 4 niveis (PAM4) de ata 224 Gb/s, e incluso máis de 300 Gb/s coa modulación PAM8.
Non obstante, os moduladores baseados en silicio enfróntanse a limitacións fundamentais derivadas das propiedades dos materiais. Cando os transceptores ópticos requiren velocidades de transmisión de máis de 200 Gbaud, o ancho de banda destes dispositivos é difícil de satisfacer a demanda. Esta limitación deriva das propiedades inherentes do silicio: o equilibrio de evitar a perda excesiva de luz mantendo unha condutividade suficiente crea compensacións inevitables.
Tecnoloxía e materiais moduladores emerxentes
As limitacións dos moduladores tradicionais baseados en silicio impulsaron a investigación de materiais alternativos e tecnoloxías de integración. O niobato de litio de película fina converteuse nunha das plataformas máis prometedoras para unha nova xeración de moduladores.Moduladores electro-ópticos de niobato de litio de película finaherdan as excelentes características do niobato de litio a granel, incluíndo: ampla ventá transparente, gran coeficiente electro-óptico (r33 = 31 pm/V) célula lineal O efecto Kerrs pode operar en varios intervalos de lonxitude de onda
Os avances recentes na tecnoloxía de niobato de litio de película fina deron resultados notables, incluíndo un modulador que funciona a 260 Gbaud con velocidades de datos de 1,96 Tb/s por canle. A plataforma ten vantaxes únicas como a tensión da unidade compatible con CMOS e o ancho de banda de 3 dB de 100 GHz.
Aplicación tecnolóxica emerxente
O desenvolvemento de moduladores electro ópticos está intimamente relacionado coas aplicacións emerxentes en moitos campos. No ámbito da intelixencia artificial e os centros de datos,moduladores de alta velocidadeson importantes para a próxima xeración de interconexións, e as aplicacións informáticas de intelixencia artificial están impulsando a demanda de transceptores enchufables 800G e 1.6T. A tecnoloxía moduladora tamén se aplica a: procesamento de información cuántica computación neuromórfica Onda continua modulada en frecuencia (FMCW) tecnoloxía de fotóns de microondas lidar
En particular, os moduladores electro-ópticos de niobato de litio de película fina mostran forza nos motores de procesamento computacional óptico, proporcionando unha modulación rápida de baixa potencia que acelera as aplicacións de aprendizaxe automática e intelixencia artificial. Estes moduladores tamén poden funcionar a baixas temperaturas e son axeitados para interfaces cuánticas clásicas en liñas supercondutores.
O desenvolvemento de moduladores electro ópticos de próxima xeración enfróntase a varios retos importantes: Custo e escala de produción: os moduladores de niobato de litio de película fina están limitados actualmente á produción de obleas de 150 mm, o que supón custos máis elevados. A industria necesita ampliar o tamaño das obleas mantendo a uniformidade e calidade da película. Integración e co-deseño: o desenvolvemento exitoso demoduladores de alto rendementorequire capacidades completas de co-deseño, que impliquen a colaboración de deseñadores de chips electrónicos e optoelectrónicos, provedores de EDA, fontes e expertos en envases. Complexidade de fabricación: aínda que os procesos de optoelectrónica baseados en silicio son menos complexos que a electrónica CMOS avanzada, conseguir un rendemento e un rendemento estables require unha experiencia significativa e unha optimización do proceso de fabricación.
Impulsado polo boom da IA e os factores xeopolíticos, o campo está a recibir un maior investimento dos gobernos, a industria e o sector privado de todo o mundo, creando novas oportunidades de colaboración entre o mundo académico e a industria e prometendo acelerar a innovación.
Hora de publicación: 30-12-2024