El futuro demoduladores electro ópticos
Los moduladores electro ópticos juegan un papel central en los sistemas optoelectrónicos modernos, desempeñando un papel importante en muchos campos desde la comunicación hasta la computación cuántica mediante la regulación de las propiedades de la luz. Este documento discute el estado actual, el último avance y el desarrollo futuro de la tecnología de modulador electro óptica
Figura 1: Comparación de rendimiento de diferentesmodulador ópticoTecnologías, incluidos los niobatos de litio de película delgada (TFLN), moduladores de absorción eléctrica III-V (EAM), moduladores de polímeros y moduladores a base de silicio en términos de pérdida de inserción, ancho de banda, consumo de energía, tamaño y capacidad de fabricación.
Moduladores electro ópticos basados en silicio y sus limitaciones
Los moduladores de luz fotoeléctrica a base de silicio han sido la base de los sistemas de comunicación óptica durante muchos años. Según el efecto de dispersión de plasma, tales dispositivos han hecho un progreso notable en los últimos 25 años, aumentando las tasas de transferencia de datos en tres órdenes de magnitud. Los moduladores modernos a base de silicio pueden lograr una modulación de amplitud de pulso de 4 niveles (PAM4) de hasta 224 GB/s, e incluso más de 300 GB/s con modulación PAM8.
Sin embargo, los moduladores basados en silicio enfrentan limitaciones fundamentales derivadas de las propiedades del material. Cuando los transceptores ópticos requieren tasas de baudios de más de 200+ Gbaud, el ancho de banda de estos dispositivos es difícil de satisfacer la demanda. Esta limitación proviene de las propiedades inherentes del silicio: el equilibrio de evitar la pérdida de luz excesiva mientras se mantiene suficiente conductividad crea compensaciones inevitables.
Tecnología y materiales moduladores emergentes
Las limitaciones de los moduladores tradicionales basados en silicio han impulsado la investigación de materiales alternativos y tecnologías de integración. El litio de la película delgada Niobate se ha convertido en una de las plataformas más prometedoras para una nueva generación de moduladores.Moduladores electroópticos de litio de película delgadaHerve las excelentes características del niobato de litio a granel, que incluye: ventana transparente ancha, gran coeficiente electroóptico (R33 = 31 pm/v) El efecto de Kerrs de celda lineal puede funcionar en múltiples rangos de longitud de onda
Los avances recientes en la tecnología de niobato de litio de película delgada han arrojado resultados notables, incluido un modulador que opera a 260 Gbaud con velocidades de datos de 1.96 TB/s por canal. La plataforma tiene ventajas únicas, como el voltaje de accionamiento compatible con CMOS y el ancho de banda de 3-DB de 100 GHz.
Aplicación de tecnología emergente
El desarrollo de moduladores electro ópticos está estrechamente relacionado con las aplicaciones emergentes en muchos campos. En el campo de la inteligencia artificial y los centros de datos,moduladores de alta velocidadson importantes para la próxima generación de interconexiones, y las aplicaciones informáticas de IA están impulsando la demanda de transceptores de 800 g y 1.6t conectables. La tecnología moduladora también se aplica a: procesamiento de información cuántica, la tecnología de fotones de microondas modulados de la frecuencia de computación neuromórfica (FMCW)
En particular, los moduladores electroópticos de litio de película delgada muestran resistencia en los motores de procesamiento computacional óptico, proporcionando una modulación rápida de baja potencia que acelera el aprendizaje automático y las aplicaciones de inteligencia artificial. Dichos moduladores también pueden operar a bajas temperaturas y son adecuados para interfaces clásicas cuánticas en líneas superconductoras.
El desarrollo de moduladores electro ópticos de próxima generación enfrenta varios desafíos importantes: costo de producción y escala: los moduladores de niobato de litio de película delgada están actualmente limitados a la producción de obleas de 150 mm, lo que resulta en mayores costos. La industria necesita expandir el tamaño de la oblea mientras mantiene la uniformidad y la calidad del cine. Integración y codiseño: el desarrollo exitoso demoduladores de alto rendimientoRequiere capacidades integrales de codiseño, que implican la colaboración de los diseñadores de optoelectrónica y de chips electrónicos, proveedores de EDA, fuentes y expertos en envases. Complejidad de fabricación: si bien los procesos optoelectrónicos basados en silicio son menos complejos que la electrónica CMOS avanzada, lograr un rendimiento y rendimiento estables requiere experiencia significativa y optimización de procesos de fabricación.
Impulsado por el auge de la IA y los factores geopolíticos, el campo está recibiendo una mayor inversión de los gobiernos, la industria y el sector privado en todo el mundo, creando nuevas oportunidades de colaboración entre la academia y la industria y prometiendo acelerar la innovación.
Tiempo de publicación: Dic-30-2024