el futuro demoduladores electroópticos
Los moduladores electroópticos desempeñan un papel central en los sistemas optoelectrónicos modernos y desempeñan un papel importante en muchos campos, desde la comunicación hasta la computación cuántica, al regular las propiedades de la luz. Este artículo analiza el estado actual, los últimos avances y el desarrollo futuro de la tecnología de modulador electroóptico.
Figura 1: Comparación de rendimiento de diferentesmodulador ópticotecnologías, incluido el niobato de litio de película delgada (TFLN), moduladores de absorción eléctrica (EAM) III-V, moduladores basados en silicio y polímeros en términos de pérdida de inserción, ancho de banda, consumo de energía, tamaño y capacidad de fabricación.
Moduladores electroópticos tradicionales basados en silicio y sus limitaciones.
Los moduladores de luz fotoeléctricos basados en silicio han sido durante muchos años la base de los sistemas de comunicación óptica. Basados en el efecto de dispersión del plasma, estos dispositivos han logrado avances notables en los últimos 25 años, aumentando las tasas de transferencia de datos en tres órdenes de magnitud. Los moduladores modernos basados en silicio pueden lograr una modulación de amplitud de pulso (PAM4) de 4 niveles 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 velocidades de transmisión de más de 200 Gbaud, el ancho de banda de estos dispositivos es difícil de satisfacer la demanda. Esta limitación surge de las propiedades inherentes del silicio: el equilibrio entre evitar una pérdida excesiva de luz y al mismo tiempo mantener una conductividad suficiente crea compensaciones inevitables.
Tecnología y materiales de moduladores emergentes.
Las limitaciones de los moduladores tradicionales basados en silicio han impulsado la investigación de materiales alternativos y tecnologías de integración. El niobato de litio de película fina se ha convertido en una de las plataformas más prometedoras para una nueva generación de moduladores.Moduladores electroópticos de niobato de litio de película finaherede las excelentes características del niobato de litio a granel, que incluyen: amplia ventana transparente, gran coeficiente electroóptico (r33 = 31 pm/V) celda lineal El efecto Kerrs puede operar 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 funciona a 260 Gbaudios con velocidades de datos de 1,96 Tb/s por canal. La plataforma tiene ventajas únicas, como un voltaje de unidad compatible con CMOS y un ancho de banda de 3 dB de 100 GHz.
Aplicación de tecnología emergente
El desarrollo de moduladores electroópticos está estrechamente relacionado con 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 conectables de 800G y 1,6T. La tecnología de modulación también se aplica a: Procesamiento de información cuántica Computación neuromórfica Tecnología de fotones de microondas lidar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW)
En particular, los moduladores electroópticos de niobato de litio de película delgada muestran fortaleza en los motores de procesamiento computacional óptico, proporcionando una modulación rápida de baja potencia que acelera las aplicaciones de aprendizaje automático e inteligencia artificial. Estos moduladores también pueden funcionar a bajas temperaturas y son adecuados para interfaces cuánticas clásicas en líneas superconductoras.
El desarrollo de moduladores electroópticos de próxima generación enfrenta varios desafíos importantes: Costo y escala de producción: los moduladores de niobato de litio de película delgada actualmente están limitados a la producción de obleas de 150 mm, lo que genera costos más altos. La industria necesita ampliar el tamaño de las obleas manteniendo la uniformidad y la calidad de la película. Integración y Codiseño: El desarrollo exitoso demoduladores de alto rendimientorequiere capacidades integrales de codiseño, que involucran la colaboración de diseñadores de chips electrónicos y optoelectrónicos, proveedores de EDA, fuentes y expertos en empaque. Complejidad de fabricación: si bien los procesos optoelectrónicos basados en silicio son menos complejos que la electrónica CMOS avanzada, lograr un rendimiento y un rendimiento estables requiere una experiencia significativa y una optimización del proceso de fabricación.
Impulsado por el auge de la IA y factores geopolíticos, el campo está recibiendo una mayor inversión de los gobiernos, la industria y el sector privado de todo el mundo, creando nuevas oportunidades de colaboración entre la academia y la industria y prometiendo acelerar la innovación.
Hora de publicación: 30 de diciembre de 2024