El futuro demoduladores electroópticos
Los moduladores electroópticos desempeñan un papel fundamental en los sistemas optoelectrónicos modernos, desempeñando un papel importante en diversos 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 moduladores electroópticos.
Figura 1: Comparación del rendimiento de diferentesmodulador ópticotecnologías, incluido el niobato de litio de película delgada (TFLN), moduladores de absorción eléctrica III-V (EAM), 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 la base de los sistemas de comunicación óptica durante muchos años. Basados en el efecto de dispersión de plasma, estos dispositivos han logrado avances notables en los últimos 25 años, incrementando la velocidad de transferencia de datos en tres órdenes de magnitud. Los moduladores modernos basados en silicio pueden alcanzar 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 velocidades de transmisión superiores a 200 Gbaud, el ancho de banda de estos dispositivos resulta difícil de satisfacer. Esta limitación se debe a las propiedades inherentes del silicio: el equilibrio entre evitar una pérdida excesiva de luz y mantener una conductividad suficiente genera inevitables desventajas.
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 niobato de litio de película delgada se ha convertido en una de las plataformas más prometedoras para una nueva generación de moduladores.Moduladores electroópticos de niobato de litio de película delgadaHeredan las excelentes características del niobato de litio a granel, que incluyen: amplia ventana transparente, gran coeficiente electroóptico (r33 = 31 pm/V), celda lineal y el efecto Kerrs puede operar en múltiples rangos de longitud de onda.
Los recientes avances en la tecnología de niobato de litio de película delgada han producido resultados notables, incluyendo un modulador que opera a 260 Gbaud con velocidades de datos de 1,96 Tb/s por canal. La plataforma ofrece ventajas únicas, como un voltaje de excitación compatible con CMOS y un ancho de banda de 3 dB a 100 GHz.
Aplicación de tecnología emergente
El desarrollo de moduladores electroópticos está estrechamente relacionado con aplicaciones emergentes en diversos 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 de computación de IA impulsan la demanda de transceptores conectables de 800G y 1.6T. La tecnología de modulación también se aplica a: procesamiento de información cuántica, computación neuromórfica, ondas continuas moduladas en frecuencia (FMCW), lidar, tecnología de fotones de microondas.
En particular, los moduladores electroópticos de niobato de litio de película delgada demuestran su eficacia en los motores de procesamiento computacional óptico, proporcionando una modulación rápida de bajo consumo que acelera las aplicaciones de aprendizaje automático e inteligencia artificial. Estos moduladores también pueden operar a bajas temperaturas y son adecuados para interfaces cuántico-clásicas en líneas superconductoras.
El desarrollo de moduladores electroópticos de próxima generación se enfrenta a varios desafíos importantes: Costo de producción y escala: los moduladores de niobato de litio de película delgada se limitan actualmente a la producción de obleas de 150 mm, lo que resulta en mayores costos. La industria necesita ampliar el tamaño de las obleas manteniendo la uniformidad y la calidad de la película. Integración y codiseño: El desarrollo exitoso de...moduladores de alto rendimientoRequiere capacidades integrales de codiseño, que implican la colaboración de diseñadores de optoelectrónica y chips electrónicos, proveedores de EDA, fuentes y expertos en empaquetado. Complejidad de fabricación: Si bien los procesos optoelectrónicos basados en silicio son menos complejos que la electrónica CMOS avanzada, lograr un rendimiento y una producción estables requiere una amplia experiencia y la 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, lo que crea nuevas oportunidades de colaboración entre la academia y la industria y promete acelerar la innovación.
Hora de publicación: 30 de diciembre de 2024