L'avenir demodulateurs électro-optiques
Les modulateurs électro-optiques jouent un rôle central dans les systèmes optoélectroniques modernes, jouant un rôle important dans de nombreux domaines allant de la communication à l'informatique quantique en régulant les propriétés de la lumière. Cet article traite de l'état actuel, des dernières avancées et du développement futur de la technologie des modulateurs électro-optiques.
Figure 1 : Comparaison des performances de différentsmodulateur optiquetechnologies, notamment le niobate de lithium à couche mince (TFLN), les modulateurs d'absorption électrique III-V (EAM), les modulateurs à base de silicium et de polymère en termes de perte d'insertion, de bande passante, de consommation d'énergie, de taille et de capacité de fabrication.
Modulateurs électro-optiques traditionnels à base de silicium et leurs limites
Les modulateurs de lumière photoélectriques à base de silicium constituent la base des systèmes de communication optique depuis de nombreuses années. Basés sur l’effet de dispersion du plasma, ces dispositifs ont fait des progrès remarquables au cours des 25 dernières années, augmentant les taux de transfert de données de trois ordres de grandeur. Les modulateurs modernes à base de silicium peuvent atteindre une modulation d'amplitude d'impulsion à 4 niveaux (PAM4) allant jusqu'à 224 Gbit/s, et même plus de 300 Gbit/s avec la modulation PAM8.
Cependant, les modulateurs à base de silicium sont confrontés à des limitations fondamentales liées aux propriétés des matériaux. Lorsque les émetteurs-récepteurs optiques nécessitent des débits en bauds supérieurs à 200 Gbauds, la bande passante de ces appareils est difficile à répondre à la demande. Cette limitation découle des propriétés inhérentes du silicium : l’équilibre entre éviter une perte de lumière excessive tout en maintenant une conductivité suffisante crée des compromis inévitables.
Technologie et matériaux de modulateur émergents
Les limites des modulateurs traditionnels à base de silicium ont motivé la recherche de matériaux alternatifs et de technologies d'intégration. Le niobate de lithium en couches minces est devenu l’une des plateformes les plus prometteuses pour une nouvelle génération de modulateurs.Modulateurs électro-optiques au niobate de lithium à couches minceshérite des excellentes caractéristiques du niobate de lithium en vrac, notamment : large fenêtre transparente, grand coefficient électro-optique (r33 = 31 pm/V) cellule linéaire L'effet Kerrs peut fonctionner dans plusieurs plages de longueurs d'onde
Les progrès récents dans la technologie du niobate de lithium à couches minces ont donné des résultats remarquables, notamment un modulateur fonctionnant à 260 Gbauds avec des débits de données de 1,96 Tb/s par canal. La plate-forme présente des avantages uniques tels qu'une tension de commande compatible CMOS et une bande passante de 3 dB de 100 GHz.
Application technologique émergente
Le développement de modulateurs électro-optiques est étroitement lié aux applications émergentes dans de nombreux domaines. Dans le domaine de l'intelligence artificielle et des centres de données,modulateurs à grande vitessesont importants pour la prochaine génération d’interconnexions, et les applications informatiques d’IA stimulent la demande d’émetteurs-récepteurs enfichables 800G et 1,6T. La technologie des modulateurs s'applique également aux domaines suivants : traitement de l'information quantique informatique neuromorphique technologie des photons micro-ondes lidar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW)
En particulier, les modulateurs électro-optiques au niobate de lithium à couches minces font preuve de puissance dans les moteurs de traitement informatique optique, fournissant une modulation rapide à faible consommation qui accélère les applications d’apprentissage automatique et d’intelligence artificielle. De tels modulateurs peuvent également fonctionner à basse température et conviennent aux interfaces quantiques classiques dans les lignes supraconductrices.
Le développement de modulateurs électro-optiques de nouvelle génération est confronté à plusieurs défis majeurs : Coût et échelle de production : les modulateurs au niobate de lithium à couches minces sont actuellement limités à la production de tranches de 150 mm, ce qui entraîne des coûts plus élevés. L'industrie doit augmenter la taille des plaquettes tout en maintenant l'uniformité et la qualité du film. Intégration et Co-conception : Le développement réussi demodulateurs haute performancenécessite des capacités complètes de co-conception, impliquant la collaboration de concepteurs d'optoélectroniques et de puces électroniques, de fournisseurs EDA, de polices et d'experts en emballage. Complexité de fabrication : bien que les processus optoélectroniques à base de silicium soient moins complexes que l'électronique CMOS avancée, obtenir des performances et un rendement stables nécessite une expertise significative et une optimisation des processus de fabrication.
Poussé par l’essor de l’IA et des facteurs géopolitiques, ce domaine reçoit des investissements accrus de la part des gouvernements, de l’industrie et du secteur privé du monde entier, créant de nouvelles opportunités de collaboration entre le monde universitaire et l’industrie et promettant d’accélérer l’innovation.
Heure de publication : 30 décembre 2024