O futuro deModuladores eletro ópticos
Os moduladores eletro ópticos desempenham um papel central nos sistemas optoeletrônicos modernos, desempenhando um papel importante em muitos campos da comunicação à computação quântica, regulando as propriedades da luz. Este artigo discute o status atual, o último avanço e o desenvolvimento futuro da tecnologia eletro óptica moduladora
Figura 1: Comparação de desempenho de diferentemodulador ópticoTecnologias, incluindo niobato de lítio de filme fino (TFLN), moduladores de absorção elétrica III-V (EAM), moduladores à base de silício e polímeros em termos de perda de inserção, largura de banda, consumo de energia, tamanho e capacidade de fabricação.
Moduladores eletro ópticos à base de silício tradicionais e suas limitações
Os moduladores de luz fotoelétricos baseados em silício são a base dos sistemas de comunicação óptica há muitos anos. Com base no efeito de dispersão do plasma, esses dispositivos fizeram um progresso notável nos últimos 25 anos, aumentando as taxas de transferência de dados em três ordens de magnitude. Moduladores modernos à base de silício podem atingir a modulação de amplitude de pulso de 4 níveis (PAM4) de até 224 GB/s e ainda mais de 300 GB/s com modulação PAM8.
No entanto, os moduladores baseados em silício enfrentam limitações fundamentais decorrentes das propriedades do material. Quando os transceptores ópticos exigem taxas de transmissão superior a mais de 200 gbaudes, é difícil atender à largura de banda desses dispositivos. Essa limitação decorre das propriedades inerentes ao silício - o equilíbrio de evitar a perda excessiva de luz, mantendo a condutividade suficiente, cria trocas inevitáveis.
Tecnologia e materiais moduladores emergentes
As limitações dos moduladores tradicionais baseados em silício impulsionaram a pesquisa sobre materiais alternativos e tecnologias de integração. O niobato de lítio de filme fino se tornou uma das plataformas mais promissoras para uma nova geração de moduladores.Moduladores eletro-ópticos de niobato de lítio de filme finoherdar as excelentes características do niobato de lítio a granel, incluindo: janela transparente ampla, grande coeficiente eletro-óptico (R33 = 31 pm/v) o efeito da célula linear KERRS pode operar em vários intervalos de comprimento de onda
Avanços recentes na tecnologia de niobato de lítio de filme fino produziram resultados notáveis, incluindo um modulador operando a 260 gbaudes com taxas de dados de 1,96 TB/s por canal. A plataforma possui vantagens exclusivas, como tensão de acionamento compatível com CMOS e largura de banda de 3 dB de 100 GHz.
Aplicação de tecnologia emergente
O desenvolvimento de moduladores eletro ópticos está intimamente relacionado a aplicações emergentes em muitos campos. No campo da inteligência artificial e data centers,Moduladores de alta velocidadesão importantes para a próxima geração de interconexões, e os aplicativos de computação de IA estão impulsionando a demanda para transceptores de 800 g e 1,6T. A tecnologia do modulador também é aplicada a: Quantum Information Processamento
Em particular, os moduladores eletro-ópticos de niobato de lítio de filme fino mostram força em mecanismos de processamento computacional óptico, fornecendo uma rápida modulação de baixa potência que acelera o aprendizado de máquina e as aplicações de inteligência artificial. Esses moduladores também podem operar em baixas temperaturas e são adequados para interfaces clássicas quânticas em linhas supercondutoras.
O desenvolvimento de moduladores eletro ópticos de próxima geração enfrenta vários desafios importantes: custo e escala de produção: os moduladores de niobato de lítio de filme fino estão atualmente limitados à produção de wafer de 150 mm, resultando em custos mais altos. A indústria precisa expandir o tamanho da wafer, mantendo a uniformidade e a qualidade do filme. Integração e co-design: o desenvolvimento bem-sucedido deModuladores de alto desempenhoRequer recursos abrangentes de co-design, envolvendo a colaboração de designers optoeletrônicos e de chips eletrônicos, fornecedores de EDA, fontes e especialistas em embalagens. Complexidade da fabricação: Enquanto os processos optoeletrônicos baseados em silício são menos complexos que os eletrônicos avançados do CMOS, a obtenção de desempenho e rendimento estável requer experiência significativa e otimização do processo de fabricação.
Impulsionado pelo boom da IA e fatores geopolíticos, o campo está recebendo maior investimento de governos, indústria e setor privado em todo o mundo, criando novas oportunidades de colaboração entre academia e indústria e promissor para acelerar a inovação.
Hora de postagem: dez-30-2024