L'avenirmodulateurs électro optiques
Les modulateurs électro optiques jouent un rôle central dans les systèmes optoélectroniques modernes, jouant un rôle important dans de nombreux domaines de la communication à l'informatique quantique en régulant les propriétés de la lumière. Cet article traite de l'état actuel, de la dernière percée et du développement futur de la technologie du modulateur électro optique
Figure 1: Comparaison des performances de différentmodulateur optiqueDes technologies, notamment le lithium niobate à couches minces (TFLN), les modulateurs d'absorption électrique III-V (EAM), les modulateurs à base de silicium et en 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 photoélectrique à base de silicium sont à la base des systèmes de communication optique depuis de nombreuses années. Sur la base de l'effet de dispersion du plasma, ces appareils 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 obtenir une modulation d'amplitude d'impulsion à 4 niveaux (PAM4) de jusqu'à 224 Go / s, et encore plus de 300 Go / s avec une modulation PAM8.
Cependant, les modulateurs à base de silicium font face à des limitations fondamentales résultant des propriétés des matériaux. Lorsque les émetteurs-récepteurs optiques nécessitent des taux de bauds de plus de 200+ GBaud, la bande passante de ces appareils est difficile à répondre à la demande. Cette limitation provient des propriétés inhérentes du silicium - l'équilibre de l'évitement de la perte de lumière excessive tout en maintenant une conductivité suffisante crée des compromis inévitables.
Technologie et matériaux du modulateur émergent
Les limites des modulateurs traditionnels à base de silicium ont entraîné des recherches sur des matériaux alternatifs et des technologies d'intégration. Le lithium niobate mince est devenu l'une des plates-formes les plus prometteuses pour une nouvelle génération de modulateurs.Modulateurs électro-optiques au lithium à couches mincesHériter les excellentes caractéristiques du niobate de lithium en vrac, y compris: large fenêtre transparente, grand coefficient électro-optique (R33 = 31 pm / v) L'effet Kerrs à cellules linéaires peut fonctionner dans plusieurs plages de longueur d'onde
Les progrès récents de la technologie de lithium niobate à couches minces ont donné des résultats remarquables, notamment un modulateur fonctionnant à 260 GBAUD avec des débits de données de 1,96 To / s par canal. La plate-forme présente des avantages uniques tels que la tension d'entraînement compatible CMOS et la bande passante de 3 dB de 100 GHz.
Application de technologie 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 en IA entraînent la demande de 800 g et 1,6 t émetteurs-récepteurs enfichables. La technologie du modulateur est également appliquée à: Traitement de l'information quantique Fréquence de calcul neuromorphique Fréquence modulée Modar Wave (FMCW) Technologie de photons micro-ondes Lidar Microwave
En particulier, les modulateurs électro-optiques au lithium à couches minces montrent une force dans les moteurs de traitement de calcul optique, fournissant une modulation rapide de faible puissance qui accélère l'apprentissage automatique et les applications d'intelligence artificielle. Ces modulateurs peuvent également fonctionner à basse température et conviennent aux interfaces classiques quantiques 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 de niobate de lithium à couches minces sont actuellement limités à une production de tranche de 150 mm, entraînant des coûts plus élevés. L'industrie doit étendre la taille des plaquettes tout en maintenant l'uniformité et la qualité des films. Intégration et co-conception: le développement réussi demodulateurs hautes performancesNécessite des capacités complètes de co-conception, impliquant la collaboration des concepteurs de puces optoélectroniques et électroniques, des fournisseurs d'EDA, des fonts et des experts en emballage. Complexité de fabrication: Bien que les processus d'optoélectronique à base de silicium soient moins complexes que l'électronique CMOS avancée, la réalisation de performances et de rendement stables nécessite une expertise significative et une optimisation des processus de fabrication.
Poussée par le boom de l'IA et les facteurs géopolitiques, le domaine reçoit des investissements accrus 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 du poste: Dec-30-2024