Etorkizunamodulatzaile elektrooptikoak
Modulatzaile elektro-optikoek funtsezko zeregina dute sistema optoelektroniko modernoetan, komunikaziotik hasi eta konputazio kuantikoraino hainbat arlotan paper garrantzitsua betetzen baitute, argiaren propietateak erregulatuz. Artikulu honek modulatzaile elektro-optikoen teknologiaren egungo egoera, azken aurrerapena eta etorkizuneko garapena aztertzen ditu.
1. irudia: Errendimenduaren konparaketa desberdinamodulatzaile optikoateknologiak, besteak beste, litio niobatozko film mehea (TFLN), III-V xurgapen elektrikoko modulagailuak (EAM), siliziozko eta polimerozko modulagailuak txertatze-galera, banda-zabalera, energia-kontsumoa, tamaina eta fabrikazio-ahalmena kontuan hartuta.
Siliziozko modulatzaile elektro-optiko tradizionalak eta haien mugak
Silizioan oinarritutako argi fotoelektriko modulatzaileak izan dira komunikazio optiko sistemen oinarria urte askotan zehar. Plasma dispertsio efektuan oinarrituta, gailu horiek aurrerapen nabarmenak egin dituzte azken 25 urteetan, datuen transferentzia-tasak hiru magnitude-ordena handituz. Silizioan oinarritutako modulatzaile modernoek 224 Gb/s-ko 4 mailako pultsu anplitude modulazioa (PAM4) lor dezakete, eta 300 Gb/s baino gehiago PAM8 modulazioarekin.
Hala ere, silizioan oinarritutako modulatzaileek oinarrizko mugak dituzte materialen propietateetatik eratorritakoetan. Transzeptore optikoek 200+ Gbaud-etik gorako baud-abiadurak behar dituztenean, gailu hauen banda-zabalera zaila da eskaera asetzeko. Muga hori silizioaren berezko propietateetatik dator: argi-galera gehiegi saihestearen eta eroankortasun nahikoa mantentzearen arteko orekak saihestezinak diren konpromisoak sortzen ditu.
Modulatzaile teknologia eta material berriak
Siliziozko modulatzaile tradizionalen mugek material alternatiboen eta integrazio-teknologien ikerketa bultzatu dute. Litio niobatozko film mehea modulatzaile belaunaldi berri baten plataforma itxaropentsuenetako bat bihurtu da.Litio niobatozko film meheko modulatzaile elektro-optikoaklitio niobato masiboaren ezaugarri bikainak heredatzen dituzte, besteak beste: leiho garden zabala, koefiziente elektro-optiko handia (r33 = 31 pm/V) zelula linealak Kerrs efektua hainbat uhin-luzera tartetan funtziona dezake
Litio niobatozko film meheko teknologian egindako aurrerapen berriek emaitza bikainak eman dituzte, besteak beste, 260 Gbaud-eko abiaduran funtzionatzen duen modulatzaile bat, kanal bakoitzeko 1,96 Tb/s-ko datu-abiadurarekin. Plataformak abantaila bereziak ditu, hala nola CMOS-ekin bateragarria den tentsio-unitatea eta 100 GHz-ko 3 dB-ko banda-zabalera.
Teknologia berrien aplikazioa
Modulatzaile elektro-optikoen garapena hainbat arlotan sortzen ari diren aplikazioekin oso lotuta dago. Adimen artifizialaren eta datu-zentroen arloan,abiadura handiko modulatzaileakHurrengo belaunaldiko interkonexioetarako garrantzitsuak dira, eta IA konputazio aplikazioek 800G eta 1.6T-ko transzeptore konektagarrien eskaria bultzatzen dute. Modulatzaileen teknologia honako hauetan ere aplikatzen da: informazio kuantikoaren prozesamendua konputazio neuromorfikoa maiztasun modulatutako uhin jarraituaren (FMCW) lidar mikrouhin fotoi teknologia
Bereziki, litio niobatozko film meheko modulatzaile elektro-optikoek indarra erakusten dute prozesatzeko konputazio optikoko motorretan, ikaskuntza automatikoa eta adimen artifizialaren aplikazioak bizkortzen dituen potentzia txikiko modulazio azkarra eskainiz. Modulatzaile horiek tenperatura baxuetan ere funtziona dezakete eta egokiak dira supereroaleen lerroetako interfaze kuantiko-klasikoetarako.
Hurrengo belaunaldiko modulatzaile elektro-optikoen garapenak hainbat erronka nagusi ditu: Ekoizpen-kostua eta eskala: film meheko litio niobato modulatzaileak 150 mm-ko oblea ekoiztera mugatuta daude gaur egun, eta horrek kostu handiagoak dakartza. Industriak oblearen tamaina handitu behar du, filmaren uniformetasuna eta kalitatea mantenduz. Integrazioa eta diseinu partekatua: Honen garapen arrakastatsua...errendimendu handiko modulatzaileakdiseinu partekatuko gaitasun integralak behar ditu, optoelektronikako eta txipa elektronikoen diseinatzaileen, EDA hornitzaileen, iturrien eta ontziratze-adituek lankidetzan jardunez. Fabrikazio-konplexutasuna: silizioan oinarritutako optoelektronikako prozesuak CMOS elektronika aurreratuak baino konplexuagoak diren arren, errendimendu eta etekin egonkorrak lortzeko, espezializazio handia eta fabrikazio-prozesuen optimizazioa behar dira.
IAren boomak eta faktore geopolitikoak bultzatuta, arloak inbertsio gero eta handiagoa jasotzen ari da gobernuen, industriaren eta sektore pribatuaren aldetik mundu osoan, akademiaren eta industriaren arteko lankidetzarako aukera berriak sortuz eta berrikuntza bizkortzeko promesa eginez.
Argitaratze data: 2024ko abenduaren 30a