болашағыэлектрооптикалық модуляторлар
Электроптикалық модуляторлар жарық қасиеттерін реттеу арқылы байланыстан кванттық есептеулерге дейінгі көптеген салаларда маңызды рөл атқаратын заманауи оптоэлектрондық жүйелерде орталық рөл атқарады. Бұл мақалада электрооптикалық модулятор технологиясының қазіргі күйі, соңғы жетістіктері және болашақ дамуы талқыланады
1-сурет: Әртүрлі өнімділікті салыстыруоптикалық модулятортехнологиялар, соның ішінде жұқа қабықшалы литий ниобаты (TFLN), III-V электрлік сіңіру модуляторлары (EAM), кірістіру жоғалуы, өткізу қабілеттілігі, қуат тұтынуы, өлшемі және өндірістік қуаты бойынша кремний негізіндегі және полимер модуляторлары.
Кремний негізіндегі дәстүрлі электрооптикалық модуляторлар және олардың шектеулері
Кремний негізіндегі фотоэлектрлік жарық модуляторлары көптеген жылдар бойы оптикалық байланыс жүйелерінің негізі болды. Плазма дисперсиясының әсеріне сүйене отырып, мұндай құрылғылар соңғы 25 жыл ішінде деректерді беру жылдамдығын үш реттік деңгейге арттыра отырып, керемет прогреске қол жеткізді. Қазіргі заманғы кремний негізіндегі модуляторлар 4 деңгейлі импульстік амплитудалық модуляцияға (PAM4) 224 Гб/с дейін, тіпті PAM8 модуляциясымен 300 Гб/с-тан астамға қол жеткізе алады.
Дегенмен, кремний негізіндегі модуляторлар материал қасиеттеріне байланысты негізгі шектеулерге тап болады. Оптикалық қабылдағыштар 200+ Gbaud-тан астам жіберу жылдамдығын қажет еткенде, бұл құрылғылардың өткізу қабілеті сұранысты қанағаттандыру қиын. Бұл шектеу кремнийдің өзіне тән қасиеттерінен туындайды – жеткілікті өткізгіштікті сақтай отырып, шамадан тыс жарық жоғалуын болдырмау тепе-теңдігі сөзсіз айырбастарды тудырады.
Жаңа модулятор технологиясы мен материалдары
Кремний негізіндегі дәстүрлі модуляторлардың шектеулері балама материалдар мен интеграциялық технологияларды зерттеуге түрткі болды. Жұқа қабықшалы литий ниобаты модуляторлардың жаңа буыны үшін ең перспективалы платформалардың біріне айналды.Литий ниобаты жұқа қабықшалы электрооптикалық модуляторларкөлемді литий ниобатының тамаша сипаттамаларын мұра етеді, соның ішінде: кең мөлдір терезе, үлкен электр-оптикалық коэффициент (r33 = 31 pm/V) сызықтық ұяшық Керрс эффектісі бірнеше толқын ұзындығы диапазонында жұмыс істей алады
Жұқа пленка литий ниобаты технологиясының соңғы жетістіктері бір арнаға 1,96 Тб/с деректер жылдамдығымен 260 Гбаудта жұмыс істейтін модуляторды қоса алғанда, тамаша нәтижелер берді. Платформаның CMOS-үйлесімді диск кернеуі және 100 ГГц 3 дБ өткізу қабілеті сияқты бірегей артықшылықтары бар.
Жаңа технологияларды қолдану
Электроптикалық модуляторлардың дамуы көптеген салаларда пайда болатын қосымшалармен тығыз байланысты. Жасанды интеллект және деректер орталықтары саласында,жоғары жылдамдықты модуляторларөзара байланыстардың келесі буыны үшін маңызды және AI есептеу қосымшалары 800G және 1,6T қосылатын қабылдағыштарға сұранысты арттырады. Модулятор технологиясы мыналарға да қолданылады: кванттық ақпаратты өңдеу нейроморфтық есептеу Жиілік модуляцияланған үздіксіз толқын (FMCW) лидар микротолқынды фотон технологиясы
Атап айтқанда, жұқа қабықшалы литий ниобаты электро-оптикалық модуляторлар машиналық оқытуды және жасанды интеллект қолданбаларын жеделдететін төмен қуатты жылдам модуляцияны қамтамасыз ететін оптикалық есептеуіш өңдеу қозғалтқыштарында күшті көрсетеді. Мұндай модуляторлар төмен температурада да жұмыс істей алады және асқын өткізгіш желілердегі кванттық-классикалық интерфейстер үшін қолайлы.
Жаңа буын электрооптикалық модуляторларды әзірлеу бірнеше негізгі қиындықтарға тап болады: Өндіріс құны мен ауқымы: жұқа қабықшалы литий ниобат модуляторлары қазіргі уақытта 150 мм пластинаны өндірумен шектелген, бұл жоғары шығындарға әкеледі. Өнеркәсіп пленканың біркелкілігі мен сапасын сақтай отырып, пластинаның өлшемін кеңейтуі керек. Интеграция және бірлескен дизайн: табысты дамуыжоғары өнімді модуляторлароптоэлектроника мен электронды чип дизайнерлерінің, EDA жеткізушілерінің, фонттардың және орауыш сарапшылардың ынтымақтастығын қамтитын бірлескен жобалау мүмкіндіктерін қажет етеді. Өндірістің күрделілігі: кремний негізіндегі оптоэлектроника процестері озық CMOS электроникасына қарағанда күрделірек болса да, тұрақты өнімділік пен кірістілікке қол жеткізу үшін айтарлықтай тәжірибе мен өндіріс процесін оңтайландыру қажет.
Жасанды интеллект серпілісінің және геосаяси факторлардың әсерінен кен орны бүкіл әлем бойынша үкіметтерден, индустриядан және жеке сектордан ұлғайған инвестиция алып, академия мен өнеркәсіп арасында ынтымақтастық үшін жаңа мүмкіндіктер туғызады және инновацияларды жеделдетуге уәде береді.
Жіберу уақыты: 30 желтоқсан 2024 ж