Dyfodol modiwleidyddion electro-optegol

Dyfodolmodiwlyddion electro-optegol

Mae modiwleidyddion electro-optig yn chwarae rhan ganolog mewn systemau optoelectronig modern, gan chwarae rhan bwysig mewn sawl maes o gyfathrebu i gyfrifiadura cwantwm trwy reoleiddio priodweddau golau. Mae'r papur hwn yn trafod y statws cyfredol, y datblygiad diweddaraf a datblygiad technoleg modiwleidyddion electro-optig yn y dyfodol.

Ffigur 1: Cymhariaeth perfformiad gwahanolmodiwleiddiwr optegoltechnolegau, gan gynnwys lithiwm niobate ffilm denau (TFLN), modiwlyddion amsugno trydanol III-V (EAM), modiwlyddion seiliedig ar silicon a polymer o ran colled mewnosod, lled band, defnydd pŵer, maint, a chynhwysedd gweithgynhyrchu.

Modiwlyddion electro-optig traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon a'u cyfyngiadau

Mae modiwleidyddion golau ffotodrydanol wedi'u seilio ar silicon wedi bod yn sail i systemau cyfathrebu optegol ers blynyddoedd lawer. Yn seiliedig ar yr effaith gwasgariad plasma, mae dyfeisiau o'r fath wedi gwneud cynnydd rhyfeddol dros y 25 mlynedd diwethaf, gan gynyddu cyfraddau trosglwyddo data o dair gorchymyn maint. Gall modiwleidyddion modern wedi'u seilio ar silicon gyflawni modiwleiddio osgled pwls 4-lefel (PAM4) hyd at 224 Gb/s, a hyd yn oed yn fwy na 300 Gb/s gyda modiwleiddio PAM8.

Fodd bynnag, mae modiwleidyddion sy'n seiliedig ar silicon yn wynebu cyfyngiadau sylfaenol sy'n deillio o briodweddau deunydd. Pan fydd angen cyfraddau baud o fwy na 200+ Gbaud ar drawsyrwyr optegol, mae lled band y dyfeisiau hyn yn anodd diwallu'r galw. Mae'r cyfyngiad hwn yn deillio o briodweddau cynhenid ​​silicon - mae'r cydbwysedd rhwng osgoi colli golau gormodol wrth gynnal dargludedd digonol yn creu cyfaddawdau anochel.

Technoleg a deunyddiau modiwleiddio sy'n dod i'r amlwg

Mae cyfyngiadau modiwleidyddion traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon wedi sbarduno ymchwil i ddeunyddiau amgen a thechnolegau integreiddio. Mae lithiwm niobate ffilm denau wedi dod yn un o'r llwyfannau mwyaf addawol ar gyfer cenhedlaeth newydd o fodiwleidyddion.Modiwlyddion electro-optig lithiwm niobate ffilm denauetifeddu nodweddion rhagorol lithiwm niobate swmp, gan gynnwys: ffenestr dryloyw lydan, cyfernod electro-optig mawr (r33 = 31 pm/V) cell llinol gall effaith Kerrs weithredu mewn ystodau tonfedd lluosog

Mae datblygiadau diweddar mewn technoleg lithiwm niobate ffilm denau wedi arwain at ganlyniadau rhyfeddol, gan gynnwys modiwleiddiwr sy'n gweithredu ar 260 Gbaud gyda chyfraddau data o 1.96 Tb/s y sianel. Mae gan y platfform fanteision unigryw megis foltedd gyrru sy'n gydnaws â CMOS a lled band 3-dB o 100 GHz.

Cymhwysiad technoleg sy'n dod i'r amlwg

Mae datblygiad modiwleidyddion electro-optig yn gysylltiedig yn agos â chymwysiadau sy'n dod i'r amlwg mewn sawl maes. Ym maes deallusrwydd artiffisial a chanolfannau data,modiwlyddion cyflymder uchelyn bwysig ar gyfer y genhedlaeth nesaf o ryng-gysylltiadau, ac mae cymwysiadau cyfrifiadura AI yn gyrru'r galw am draws-dderbynyddion plygadwy 800G ac 1.6T. Mae technoleg modiwleiddio hefyd yn cael ei chymhwyso i: prosesu gwybodaeth cwantwm cyfrifiadura niwromorffig tonnau parhaus wedi'u modiwleiddio ag amledd (FMCW) technoleg ffoton microdon lidar

Yn benodol, mae modiwleidyddion electro-optig lithiwm niobate ffilm denau yn dangos cryfder mewn peiriannau prosesu cyfrifiadurol optegol, gan ddarparu modiwleiddio pŵer isel cyflym sy'n cyflymu dysgu peirianyddol a chymwysiadau deallusrwydd artiffisial. Gall modiwleidyddion o'r fath hefyd weithredu ar dymheredd isel ac maent yn addas ar gyfer rhyngwynebau cwantwm-glasurol mewn llinellau uwchddargludol.

Mae datblygu modiwleidyddion electro-optig y genhedlaeth nesaf yn wynebu sawl her fawr: Cost a graddfa gynhyrchu: mae modiwleidyddion niobad lithiwm ffilm denau wedi'u cyfyngu ar hyn o bryd i gynhyrchu waffer 150 mm, gan arwain at gostau uwch. Mae angen i'r diwydiant ehangu maint y waffer wrth gynnal unffurfiaeth ac ansawdd y ffilm. Integreiddio a Chyd-ddylunio: Datblygiad llwyddiannusmodiwlyddion perfformiad uchelyn gofyn am alluoedd cyd-ddylunio cynhwysfawr, sy'n cynnwys cydweithrediad dylunwyr optoelectroneg a sglodion electronig, cyflenwyr EDA, ffynhonnau ac arbenigwyr pecynnu. Cymhlethdod gweithgynhyrchu: Er bod prosesau optoelectroneg sy'n seiliedig ar silicon yn llai cymhleth nag electroneg CMOS uwch, mae cyflawni perfformiad a chynnyrch sefydlog yn gofyn am arbenigedd sylweddol ac optimeiddio prosesau gweithgynhyrchu.

Wedi'i ysgogi gan y ffyniant mewn deallusrwydd artiffisial a ffactorau geo-wleidyddol, mae'r maes yn derbyn mwy o fuddsoddiad gan lywodraethau, diwydiant a'r sector preifat ledled y byd, gan greu cyfleoedd newydd ar gyfer cydweithio rhwng y byd academaidd a diwydiant ac addo cyflymu arloesedd.