Էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորների ապագան

Ապագանէլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորներ

Էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորները կենտրոնական դեր են խաղում ժամանակակից օպտոէլեկտրոնային համակարգերում՝ կարևոր դեր խաղալով բազմաթիվ ոլորտներում՝ սկսած հաղորդակցությունից մինչև քվանտային հաշվարկներ՝ կարգավորելով լույսի հատկությունները: Այս հոդվածը քննարկում է էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորային տեխնոլոգիայի ներկայիս վիճակը, վերջին առաջընթացը և ապագա զարգացումը:

Նկար 1. Տարբեր սարքերի կատարողականի համեմատությունօպտիկական մոդուլյատորտեխնոլոգիաներ, այդ թվում՝ բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատ (TFLN), III-V էլեկտրական կլանման մոդուլյատորներ (EAM), սիլիցիումային և պոլիմերային մոդուլյատորներ՝ ներդրման կորստի, թողունակության, էներգիայի սպառման, չափի և արտադրական հզորության առումով։

Ավանդական սիլիցիումային էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորները և դրանց սահմանափակումները

Սիլիցիումային հիմքով ֆոտոէլեկտրական լույսի մոդուլյատորները տարիներ շարունակ եղել են օպտիկական կապի համակարգերի հիմքը։ Պլազմային դիսպերսիայի էֆեկտի հիման վրա նման սարքերը վերջին 25 տարիների ընթացքում զգալի առաջընթաց են գրանցել՝ տվյալների փոխանցման արագությունը մեծացնելով երեք կարգով։ Ժամանակակից սիլիցիումային հիմքով մոդուլյատորները կարող են հասնել մինչև 224 Գբ/վրկ 4-մակարդակի իմպուլսային ամպլիտուդային մոդուլյացիայի (PAM4), իսկ PAM8 մոդուլյացիայի դեպքում՝ նույնիսկ ավելի քան 300 Գբ/վրկ։

Սակայն, սիլիցիումի վրա հիմնված մոդուլյատորները բախվում են նյութական հատկություններից բխող հիմնարար սահմանափակումների: Երբ օպտիկական ընդունիչ-հաղորդիչները պահանջում են ավելի քան 200 Գբադ արագություն, այդ սարքերի թողունակությունը դժվար է բավարարել պահանջարկը: Այս սահմանափակումը բխում է սիլիկոնի ներքին հատկություններից. լույսի չափազանց կորստից խուսափելու և բավարար հաղորդունակություն պահպանելու հավասարակշռությունը ստեղծում է անխուսափելի փոխզիջումներ:

Զարգացող մոդուլյատորային տեխնոլոգիա և նյութեր

Ավանդական սիլիցիումային մոդուլյատորների սահմանափակումները խթանել են այլընտրանքային նյութերի և ինտեգրման տեխնոլոգիաների հետազոտությունները: Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատը դարձել է մոդուլյատորների նոր սերնդի ամենախոստումնալից հարթակներից մեկը:Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորներժառանգում են լիթիումի նիոբատի գերազանց բնութագրերը, այդ թվում՝ լայն թափանցիկ պատուհան, մեծ էլեկտրաօպտիկական գործակից (r33 = 31 pm/V), գծային բջիջ, Քերի էֆեկտը կարող է գործել բազմաթիվ ալիքի երկարության միջակայքերում։

Բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային տեխնոլոգիայի վերջին առաջընթացները տվել են ուշագրավ արդյունքներ, այդ թվում՝ մոդուլյատոր, որը գործում է 260 ԳԲաուդ հաճախականությամբ՝ մեկ ալիքի համար 1.96 Տբ/վ տվյալների փոխանցման արագությամբ: Հարթակն ունի եզակի առավելություններ, ինչպիսիք են CMOS-համատեղելի շարժիչի լարումը և 100 ԳՀց 3 դԲ թողունակությունը:

Զարգացող տեխնոլոգիաների կիրառում

Էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորների զարգացումը սերտորեն կապված է բազմաթիվ ոլորտներում ի հայտ եկող կիրառությունների հետ։ Արհեստական ​​բանականության և տվյալների կենտրոնների ոլորտում՝բարձր արագության մոդուլյատորներկարևոր են հաջորդ սերնդի փոխկապակցվածությունների համար, և արհեստական ​​բանականության հաշվողական կիրառությունները խթանում են 800G և 1.6T միացվող ընդունիչ-ընդունիչների պահանջարկը։ Մոդուլյատորի տեխնոլոգիան կիրառվում է նաև հետևյալ ոլորտներում՝ քվանտային տեղեկատվության մշակում, նեյրոմորֆիկ հաշվարկներ, հաճախականության մոդուլացված անընդհատ ալիքի (FMCW), լիդար, միկրոալիքային ֆոտոնային տեխնոլոգիա։

Մասնավորապես, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատորները ցուցաբերում են ուժեղ կողմեր ​​օպտիկական հաշվողական մշակման շարժիչներում՝ ապահովելով արագ, ցածր հզորության մոդուլյացիա, որը արագացնում է մեքենայական ուսուցման և արհեստական ​​բանականության կիրառությունները: Նման մոդուլյատորները կարող են նաև աշխատել ցածր ջերմաստիճաններում և հարմար են գերհաղորդիչ գծերի քվանտային-դասական ինտերֆեյսների համար:

Հաջորդ սերնդի էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորների մշակումը բախվում է մի քանի հիմնական մարտահրավերների՝ Արտադրության արժեքը և մասշտաբը. բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային մոդուլյատորները ներկայումս սահմանափակվում են 150 մմ վաֆլիի արտադրությամբ, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր ծախսերի: Արդյունաբերությունը պետք է ընդլայնի վաֆլիի չափը՝ միաժամանակ պահպանելով թաղանթի միատարրությունն ու որակը: Ինտեգրացիա և համատեղ նախագծում. հաջող զարգացումըբարձր արդյունավետության մոդուլյատորներպահանջում է համապարփակ համատեղ նախագծման հնարավորություններ, որոնք ներառում են օպտոէլեկտրոնիկայի և էլեկտրոնային չիպերի նախագծողների, էլեկտրոնային ավտոմատացված ադապտերների մատակարարների, աղբյուրների և փաթեթավորման մասնագետների համագործակցություն: Արտադրության բարդություն. Չնայած սիլիցիումի վրա հիմնված օպտոէլեկտրոնիկայի գործընթացները ավելի քիչ բարդ են, քան առաջադեմ CMOS էլեկտրոնիկան, կայուն աշխատանքի և արտադրողականության հասնելը պահանջում է զգալի փորձագիտություն և արտադրական գործընթացի օպտիմալացում:

Արհեստական ​​բանականության բումի և աշխարհաքաղաքական գործոնների ազդեցությամբ պայմանավորված՝ ոլորտը ստանում է ամբողջ աշխարհի կառավարությունների, արդյունաբերության և մասնավոր հատվածի կողմից ներդրումների աճ, ինչը ստեղծում է ակադեմիական աշխարհի և արդյունաբերության միջև համագործակցության նոր հնարավորություններ և խոստանում է արագացնել նորարարությունները։