D'Zukunft vun elektrooptesche Modulatoren

D'Zukunft vunelektrooptesch Modulatoren

Elektrooptesch Modulatoren spillen eng zentral Roll a modernen optoelektronesche Systemer, andeems se a ville Beräicher, vun der Kommunikatioun bis zum Quantecomputer, eng wichteg Roll spillen, andeems se d'Eegeschafte vum Liicht reguléieren. Dësen Artikel diskutéiert den aktuellen Zoustand, déi lescht Duerchbréch an déi zukünfteg Entwécklung vun der elektrooptescher Modulatortechnologie.

Figur 1: Leeschtungsvergläich vu verschiddenenoptesche ModulatorTechnologien, dorënner Dënnfilmlithiumniobat (TFLN), III-V elektresch Absorptiounsmodulatoren (EAM), Siliziumbaséiert a Polymermodulatoren wat Insertion Loss, Bandbreet, Stroumverbrauch, Gréisst a Produktiounskapazitéit ugeet.

Traditionell elektrooptesch Modulatoren op Siliziumbasis an hir Aschränkungen

Photoelektresch Liichtmodulatoren op Siliziumbasis sinn zënter ville Joren d'Basis vun optesche Kommunikatiounssystemer. Baséierend op dem Plasmadispersiounseffekt hunn esou Apparater an de leschte 25 Joer bemierkenswäert Fortschrëtter gemaach, andeems se d'Dateniwwerdroungsraten ëm dräi Gréisstenuerdnungen erhéicht hunn. Modern Modulatoren op Siliziumbasis kënnen eng 4-Niveau-Pulsamplitudemodulatioun (PAM4) vu bis zu 224 Gb/s erreechen, a souguer méi wéi 300 Gb/s mat PAM8-Modulatioun.

Wéi och ëmmer, Silizium-baséiert Modulatoren hunn fundamental Aschränkungen, déi aus de Materialeegeschafte stamen. Wann optesch Transceiver Baudraten vu méi wéi 200+ Gbaud erfuerderen, ass d'Bandbreet vun dësen Apparater schwéier fir d'Nofro ze decken. Dës Aschränkung staamt vun den inherenten Eegeschafte vu Silizium - d'Gläichgewiicht tëscht exzessive Liichtverloscht ze vermeiden an eng genuch Konduktivitéit ze erhalen, bréngt onvermeidlech Kompromësser mat sech.

Nei Modulatortechnologie a Materialien

D'Aschränkungen vun traditionelle Modulatoren op Siliziumbasis hunn d'Fuerschung iwwer alternativ Materialien an Integratiounstechnologien ugedriwwen. Dënnschicht-Lithiumniobat ass zu enger vun de villverspriechendsten Plattforme fir eng nei Generatioun vu Modulatoren ginn.Elektrooptesch Modulatoren aus Dënnfilmlithiumniobatierft déi exzellent Charakteristike vu Lithiumniobat am Groussen a Ganzen, dorënner: e breet transparent Fënster, e groussen elektrooptesche Koeffizient (r33 = 31 pm/V) a linear Zellen. De Kerrs-Effekt kann a verschiddene Wellelängteberäicher funktionéieren.

Rezent Fortschrëtter an der Dënnschicht-Lithium-Niobat-Technologie hunn zu bemierkenswäerte Resultater gefouert, dorënner e Modulator, deen mat 260 Gbaud a Datenraten vun 1,96 Tb/s pro Kanal funktionéiert. D'Plattform huet eenzegaarteg Virdeeler, wéi CMOS-kompatibel Undriffsspannung an eng 3-dB Bandbreet vun 100 GHz.

Uwendung vun neien Technologien

D'Entwécklung vun elektrooptesche Modulatoren ass enk mat neien Uwendungen a ville Beräicher verbonnen. Am Beräich vun der kënschtlecher Intelligenz an den Datenzentren,Héichgeschwindegkeetsmodulatorensi wichteg fir déi nächst Generatioun vun Interkonnektiounen, an KI-Computing-Applikatioune dreiwen d'Nofro fir 800G- an 1.6T-steckbar Transceiver. D'Modulatortechnologie gëtt och ugewannt fir: Quanteninformatiounsveraarbechtung neuromorph Berechnung frequenzmoduléiert kontinuéierlech Wellentechnologie (FMCW) Lidar-Mikrowellen-Photonentechnologie

Besonnesch dënnfilm-Lithiumniobat-elektrooptesch Modulatoren weisen hir Stäerkt an optesche Berechnungsmotoren, andeems se eng séier Modulatioun mat gerénger Leeschtung ubidden, déi d'Maschinnléieren an d'Applikatioune vu kënschtlecher Intelligenz beschleunegt. Sou Modulatoren kënnen och bei niddregen Temperaturen funktionéieren a si gëeegent fir quanteklassesch Schnëttstellen a supraleitend Leitungen.

D'Entwécklung vun elektrooptesche Modulatoren vun der nächster Generatioun steet virun e puer groussen Erausfuerderungen: Produktiounskäschten a Skala: Dënnschicht-Lithium-Niobat-Modulatoren sinn de Moment op d'Produktioun vu Wafere vun 150 mm limitéiert, wat zu méi héije Käschte féiert. D'Industrie muss d'Wafergréisst erhéijen, wärend d'Uniformitéit a Qualitéit vum Film erhale bleiwen. Integratioun a Co-Design: Déi erfollegräich Entwécklung vunHéichleistungsmodulatorenerfuerdert ëmfaassend Co-Design-Fäegkeeten, déi d'Zesummenaarbecht vun Optoelektronik- an elektronesche Chip-Designer, EDA-Liwweranten, Quellen an Verpackungsexperten involvéieren. Produktiounskomplexitéit: Wärend Silizium-baséiert Optoelektronikprozesser manner komplex sinn wéi fortgeschratt CMOS-Elektronik, erfuerdert d'Erreeche vun enger stabiler Leeschtung an engem héije Rendement bedeitend Expertise an Optimiséierung vum Produktiounsprozess.

Ënnert dem Afloss vum KI-Boom a geopolitische Faktoren kritt dëse Beräich ëmmer méi Investitioune vu Regierungen, der Industrie an dem Privatsecteur weltwäit, wat nei Méiglechkeete fir d'Zesummenaarbecht tëscht der akademescher Welt an der Industrie schaaft a versprécht, d'Innovatioun ze beschleunegen.