Болашағыэлектрооптикалық модуляторлар
Электроптикалық модуляторлар қазіргі заманғы оптоэлектрондық жүйелерде орталық рөл атқарады, жарықтың қасиеттерін реттеу арқылы байланыстан бастап кванттық есептеулерге дейінгі көптеген салаларда маңызды рөл атқарады. Бұл мақалада электрооптикалық модулятор технологиясының қазіргі жағдайы, соңғы жетістіктері және болашақтағы дамуы талқыланады.
1-сурет: Әртүрлі өнімділік көрсеткіштерін салыстыруоптикалық модулятортехнологиялар, соның ішінде жұқа қабықшалы литий ниобаты (TFLN), III-V электрлік сіңіру модуляторлары (EAM), кремний негізіндегі және полимерлі модуляторлар енгізу шығыны, өткізу қабілеттілігі, қуат тұтынуы, өлшемі және өндірістік қуаты тұрғысынан.
Дәстүрлі кремний негізіндегі электрооптикалық модуляторлар және олардың шектеулері
Кремний негізіндегі фотоэлектрлік жарық модуляторлары көптеген жылдар бойы оптикалық байланыс жүйелерінің негізі болып келеді. Плазмалық дисперсия әсеріне негізделген мұндай құрылғылар соңғы 25 жылда айтарлықтай жетістіктерге жетіп, деректерді беру жылдамдығын үш есеге арттырды. Қазіргі заманғы кремний негізіндегі модуляторлар PAM8 модуляциясымен 224 Гбит/с дейінгі 4 деңгейлі импульстік амплитудалық модуляцияға (PAM4), тіпті 300 Гбит/с-тан астам жылдамдыққа қол жеткізе алады.
Дегенмен, кремний негізіндегі модуляторлар материалдың қасиеттеріне байланысты негізгі шектеулерге тап болады. Оптикалық қабылдағыш-таратқыштарға 200+ Гбодтан астам бод жылдамдығы қажет болған кезде, бұл құрылғылардың өткізу қабілеті сұранысты қанағаттандыру қиынға соғады. Бұл шектеу кремнийдің ішкі қасиеттерінен туындайды – жеткілікті өткізгіштікті сақтай отырып, жарықтың шамадан тыс жоғалуын болдырмау тепе-теңдігі сөзсіз келісімдерді тудырады.
Модулятор технологиясы мен материалдарының жаңадан пайда болуы
Дәстүрлі кремний негізіндегі модуляторлардың шектеулері балама материалдар мен интеграциялық технологияларды зерттеуге түрткі болды. Жұқа қабықшалы литий ниобаты модуляторлардың жаңа буыны үшін ең перспективалы платформалардың біріне айналды.Жұқа қабықшалы литий ниобатының электрооптикалық модуляторларылитий ниобатының керемет сипаттамаларын мұра етеді, соның ішінде: кең мөлдір терезе, үлкен электрооптикалық коэффициент (r33 = 31 pm/V) сызықтық жасуша Керрс эффектісі бірнеше толқын ұзындығы диапазонында жұмыс істей алады
Жұқа қабықшалы литий ниобаты технологиясындағы соңғы жетістіктер таңғажайып нәтижелерге әкелді, соның ішінде арнасына 1,96 Тб/с деректер беру жылдамдығымен 260 Гбод жиілікте жұмыс істейтін модулятор бар. Платформаның CMOS-үйлесімді жетек кернеуі және 100 ГГц 3 дБ өткізу қабілеттілігі сияқты бірегей артықшылықтары бар.
Жаңа технологиялық қолданыс
Электроптикалық модуляторлардың дамуы көптеген салалардағы жаңа қолданбалармен тығыз байланысты. Жасанды интеллект және деректер орталықтары саласында,жоғары жылдамдықты модуляторларкелесі буын өзара байланыстары үшін маңызды, ал жасанды интеллект есептеу қолданбалары 800G және 1.6T қосылатын қабылдағыш-таратқыштарға деген сұранысты арттырады. Модулятор технологиясы келесі салаларда да қолданылады: кванттық ақпаратты өңдеу, нейроморфтық есептеу, жиілікті модуляцияланған үздіксіз толқын (FMCW), лидар микротолқынды фотон технологиясы.
Атап айтқанда, жұқа пленкалы литий ниобатының электрооптикалық модуляторлары оптикалық есептеу өңдеу қозғалтқыштарында беріктігін көрсетеді, машиналық оқытуды және жасанды интеллект қолданбаларын жеделдететін жылдам төмен қуатты модуляцияны қамтамасыз етеді. Мұндай модуляторлар төмен температурада да жұмыс істей алады және аса өткізгіш желілердегі кванттық-классикалық интерфейстерге жарамды.
Келесі буын электрооптикалық модуляторларын әзірлеу бірнеше негізгі қиындықтарға тап болады: Өндіріс құны мен масштабы: жұқа пленкалы литий ниобат модуляторлары қазіргі уақытта 150 мм пластина өндірісімен шектеледі, бұл шығындардың артуына әкеледі. Сала пленканың біркелкілігі мен сапасын сақтай отырып, пластина өлшемін кеңейтуі керек. Интеграция және бірлескен дизайн: сәтті әзірлеужоғары өнімді модуляторлароптоэлектроника мен электронды чип дизайнерлерінің, EDA жеткізушілерінің, өндірушілердің және қаптама мамандарының ынтымақтастығын қамтитын кешенді бірлескен жобалау мүмкіндіктерін талап етеді. Өндірістің күрделілігі: Кремний негізіндегі оптоэлектроника процестері озық CMOS электроникасына қарағанда онша күрделі емес болса да, тұрақты өнімділік пен өнімділікке қол жеткізу айтарлықтай сараптаманы және өндіріс процесін оңтайландыруды қажет етеді.
Жасанды интеллекттің дамуы мен геосаяси факторлардың әсерінен бұл салаға бүкіл әлем бойынша үкіметтерден, өнеркәсіптен және жеке сектордан инвестициялар көбірек түсуде, бұл академиялық орта мен өнеркәсіп арасындағы ынтымақтастық үшін жаңа мүмкіндіктер туғызады және инновацияны жеделдетуге уәде береді.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 30 желтоқсан