Το μέλλον τουηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές
Οι ηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στα σύγχρονα οπτοηλεκτρονικά συστήματα, παίζοντας σημαντικό ρόλο σε πολλά πεδία, από την επικοινωνία μέχρι τον κβαντικό υπολογισμό, ρυθμίζοντας τις ιδιότητες του φωτός. Αυτό το άρθρο συζητά την τρέχουσα κατάσταση, την τελευταία σημαντική ανακάλυψη και τη μελλοντική ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών
Σχήμα 1: Σύγκριση επιδόσεων διαφορετικώνοπτικός διαμορφωτήςτεχνολογίες, όπως νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης (TFLN), διαμορφωτές ηλεκτρικής απορρόφησης III-V (EAM), διαμορφωτές με βάση το πυρίτιο και πολυμερή όσον αφορά την απώλεια εισαγωγής, το εύρος ζώνης, την κατανάλωση ενέργειας, το μέγεθος και την παραγωγική ικανότητα.
Παραδοσιακοί ηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές με βάση το πυρίτιο και οι περιορισμοί τους
Οι φωτοηλεκτρικοί διαμορφωτές φωτός με βάση το πυρίτιο αποτελούν τη βάση των συστημάτων οπτικής επικοινωνίας για πολλά χρόνια. Με βάση το φαινόμενο διασποράς πλάσματος, τέτοιες συσκευές έχουν σημειώσει αξιοσημείωτη πρόοδο τα τελευταία 25 χρόνια, αυξάνοντας τους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων κατά τρεις τάξεις μεγέθους. Οι σύγχρονοι διαμορφωτές με βάση το πυρίτιο μπορούν να επιτύχουν διαμόρφωση πλάτους παλμών 4 επιπέδων (PAM4) έως 224 Gb/s και ακόμη περισσότερα από 300 Gb/s με διαμόρφωση PAM8.
Ωστόσο, οι διαμορφωτές με βάση το πυρίτιο αντιμετωπίζουν θεμελιώδεις περιορισμούς που απορρέουν από τις ιδιότητες του υλικού. Όταν οι οπτικοί πομποδέκτες απαιτούν ρυθμούς baud άνω των 200+ Gbaud, το εύρος ζώνης αυτών των συσκευών είναι δύσκολο να καλύψει τη ζήτηση. Αυτός ο περιορισμός πηγάζει από τις εγγενείς ιδιότητες του πυριτίου - η ισορροπία της αποφυγής υπερβολικής απώλειας φωτός με παράλληλη διατήρηση της επαρκής αγωγιμότητας δημιουργεί αναπόφευκτες συμβιβασμούς.
Αναδυόμενη τεχνολογία και υλικά διαμορφωτών
Οι περιορισμοί των παραδοσιακών διαμορφωτών με βάση το πυρίτιο έχουν οδηγήσει την έρευνα σε εναλλακτικά υλικά και τεχνολογίες ολοκλήρωσης. Το νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης έχει γίνει μια από τις πιο υποσχόμενες πλατφόρμες για μια νέα γενιά διαμορφωτών.Ηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνηςκληρονομούν τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά του χύμα νιοβικού λιθίου, όπως: ευρύ διαφανές παράθυρο, μεγάλος ηλεκτρο-οπτικός συντελεστής (r33 = 31 pm/V) Το φαινόμενο Kerrs γραμμικής κυψέλης μπορεί να λειτουργήσει σε πολλαπλές περιοχές μηκών κύματος
Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης έχουν αποφέρει αξιοσημείωτα αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένου ενός διαμορφωτή που λειτουργεί στα 260 Gbaud με ταχύτητες δεδομένων 1,96 Tb/s ανά κανάλι. Η πλατφόρμα έχει μοναδικά πλεονεκτήματα, όπως τάση μονάδας συμβατή με CMOS και εύρος ζώνης 3 dB στα 100 GHz.
Εφαρμογή αναδυόμενης τεχνολογίας
Η ανάπτυξη ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών σχετίζεται στενά με αναδυόμενες εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης και των κέντρων δεδομένων,διαμορφωτές υψηλής ταχύτηταςείναι σημαντικές για την επόμενη γενιά διασυνδέσεων και οι εφαρμογές υπολογιστών AI αυξάνουν τη ζήτηση για συνδεόμενους πομποδέκτες 800G και 1,6T. Η τεχνολογία διαμορφωτή εφαρμόζεται επίσης σε: επεξεργασία κβαντικής πληροφορίας νευρομορφικός υπολογισμός Τεχνολογία φωτονίων μικροκυμάτων Lidar με διαμορφωμένο συνεχές κύμα συχνότητας (FMCW)
Ειδικότερα, οι ηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης δείχνουν ισχύ σε μηχανές οπτικής υπολογιστικής επεξεργασίας, παρέχοντας γρήγορη διαμόρφωση χαμηλής ισχύος που επιταχύνει τη μηχανική μάθηση και τις εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης. Τέτοιοι διαμορφωτές μπορούν επίσης να λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες και είναι κατάλληλοι για κβαντικές-κλασικές διεπαφές σε υπεραγώγιμες γραμμές.
Η ανάπτυξη ηλεκτροπτικών διαμορφωτών επόμενης γενιάς αντιμετωπίζει πολλές σημαντικές προκλήσεις: Κόστος παραγωγής και κλίμακα: οι διαμορφωτές νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης περιορίζονται επί του παρόντος στην παραγωγή πλακιδίων 150 mm, με αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος. Η βιομηχανία πρέπει να επεκτείνει το μέγεθος της γκοφρέτας διατηρώντας την ομοιομορφία και την ποιότητα της μεμβράνης. Ένταξη και συν-σχεδιασμός: Η επιτυχής ανάπτυξη τουδιαμορφωτές υψηλής απόδοσηςαπαιτεί ολοκληρωμένες δυνατότητες συν-σχεδιασμού, που περιλαμβάνουν τη συνεργασία σχεδιαστών οπτοηλεκτρονικών και ηλεκτρονικών τσιπ, προμηθευτών EDA, σιντριβανιών και ειδικών στη συσκευασία. Πολυπλοκότητα κατασκευής: Ενώ οι διαδικασίες οπτοηλεκτρονικής με βάση το πυρίτιο είναι λιγότερο περίπλοκες από τα προηγμένα ηλεκτρονικά CMOS, η επίτευξη σταθερής απόδοσης και απόδοσης απαιτεί σημαντική τεχνογνωσία και βελτιστοποίηση της διαδικασίας κατασκευής.
Με γνώμονα την έκρηξη της τεχνητής νοημοσύνης και τους γεωπολιτικούς παράγοντες, ο τομέας δέχεται αυξημένες επενδύσεις από κυβερνήσεις, βιομηχανία και ιδιωτικό τομέα σε όλο τον κόσμο, δημιουργώντας νέες ευκαιρίες για συνεργασία μεταξύ ακαδημαϊκού κόσμου και βιομηχανίας και υπόσχεται να επιταχύνει την καινοτομία.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-30-2024