อนาคตของตัวปรับแสงไฟฟ้า

อนาคตของเครื่องปรับแสงไฟฟ้า

เครื่องดัดแปลงออปติกอิเล็กโทรดมีบทบาทสำคัญในระบบออพโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยมีบทบาทสำคัญในหลายสาขาตั้งแต่การสื่อสารไปจนถึงการคำนวณควอนตัมโดยการควบคุมคุณสมบัติของแสง บทความนี้กล่าวถึงสถานะปัจจุบันการพัฒนาล่าสุดและการพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยี Modulator Electro Optic

รูปที่ 1: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพที่แตกต่างกันออปติคัลโมดูเลเตอร์เทคโนโลยีรวมถึงฟิล์มบางลิเธียม niobate (TFLN), ตัวปรับการดูดกลืนไฟฟ้า III-V (EAM), โมดูเลเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนและพอลิเมอร์ในแง่ของการสูญเสียการแทรกแบนด์วิดท์การใช้พลังงานขนาดและความสามารถในการผลิต

เครื่องปรับเปลี่ยนแสงไฟฟ้าแบบอิเล็กโทรดซิลิกอนแบบดั้งเดิมและข้อ จำกัด ของพวกเขา

โมดูเลเตอร์แสงโฟโตอิเล็กทริกที่ใช้ซิลิคอนเป็นพื้นฐานของระบบการสื่อสารทางแสงเป็นเวลาหลายปี จากผลการกระจายพลาสมาอุปกรณ์ดังกล่าวมีความคืบหน้าอย่างน่าทึ่งในช่วง 25 ปีที่ผ่านมาเพิ่มอัตราการถ่ายโอนข้อมูลตามคำสั่งสามคำสั่ง โมดูเลเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนที่ทันสมัยสามารถบรรลุการมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์ 4 ระดับ (PAM4) สูงถึง 224 GB/s และมากกว่า 300 GB/s ด้วยการปรับ PAM8

อย่างไรก็ตามตัวดัดแปลงที่ใช้ซิลิคอนต้องเผชิญกับข้อ จำกัด พื้นฐานที่เกิดจากคุณสมบัติของวัสดุ เมื่อผู้รับส่งสัญญาณแสงต้องการอัตราการรับส่งข้อมูลมากกว่า 200+ GBAUD แบนด์วิดท์ของอุปกรณ์เหล่านี้เป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการ ข้อ จำกัด นี้เกิดจากคุณสมบัติโดยธรรมชาติของซิลิคอน - ความสมดุลของการหลีกเลี่ยงการสูญเสียแสงมากเกินไปในขณะที่การรักษาค่าการนำไฟฟ้าที่เพียงพอทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

เทคโนโลยีและวัสดุที่เกิดขึ้นใหม่

ข้อ จำกัด ของตัวดัดแปลงที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิมได้ผลักดันการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุทางเลือกและเทคโนโลยีการรวม ฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบตได้กลายเป็นหนึ่งในแพลตฟอร์มที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับตัวปรับรุ่นใหม่ฟิล์มบางลิเธียม Niobate Electro-Optic Modulatorsสืบทอดคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของลิเธียม niobate จำนวนมากรวมถึง: หน้าต่างโปร่งใสกว้าง, ค่าสัมประสิทธิ์ไฟฟ้าออปติกขนาดใหญ่ (R33 = 31 pm/v) เอฟเฟกต์เซลล์เชิงเส้น Kerrs สามารถทำงานได้ในช่วงความยาวคลื่นหลายช่วง

ความก้าวหน้าล่าสุดในฟิล์มฟิล์มลิเธียม Niobate ได้ให้ผลลัพธ์ที่น่าทึ่งรวมถึงโมดูเลเตอร์ที่ดำเนินการที่ 260 GBAUD ด้วยอัตราข้อมูล 1.96 TB/S ต่อช่อง แพลตฟอร์มดังกล่าวมีข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์เช่นแรงดันไดรฟ์ที่เข้ากันได้กับ CMOS และแบนด์วิดท์ 3-DB ที่ 100 GHz

แอปพลิเคชั่นเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่

การพัฒนาตัวดัดแปลงออปติกอิเล็กโทรดเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นใหม่ในหลายสาขา ในด้านปัญญาประดิษฐ์และศูนย์ข้อมูลตัวปรับความเร็วสูงมีความสำคัญสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันรุ่นต่อไปและแอพพลิเคชั่นคอมพิวเตอร์ AI กำลังผลักดันความต้องการสำหรับเครื่องรับส่งสัญญาณ 800 กรัมและ 1.6T เทคโนโลยีโมดูเลเตอร์ยังใช้กับ: การประมวลผลข้อมูลควอนตัมการประมวลผล Neuromorphic ความถี่การปรับคลื่นต่อเนื่อง (FMCW) LIDAR Microwave Photon Technology

โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟิล์มบางลิเธียม Niobate Electro-Optic Modulators แสดงความแข็งแรงในเครื่องยนต์ประมวลผลการคำนวณแบบออพติคอลให้การปรับพลังงานต่ำอย่างรวดเร็วซึ่งเร่งการเรียนรู้ของเครื่องและแอปพลิเคชันปัญญาประดิษฐ์ โมดูเลเตอร์ดังกล่าวยังสามารถทำงานที่อุณหภูมิต่ำและเหมาะสำหรับอินเทอร์เฟซควอนตัมคลาสสิกในสายตัวนำยิ่งยวด

การพัฒนาตัวปรับเปลี่ยนออปติกอิเล็คติกรุ่นต่อไปต้องเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญหลายประการ: ต้นทุนการผลิตและมาตราส่วน: ตัวปรับโมดูเลเตอร์ลิเธียมฟิล์มฟิล์มบางปัจจุบัน จำกัด การผลิตเวเฟอร์ 150 มม. ส่งผลให้ต้นทุนสูงขึ้น อุตสาหกรรมจำเป็นต้องขยายขนาดเวเฟอร์ในขณะที่รักษาความสม่ำเสมอและคุณภาพของภาพยนตร์ การรวมและการออกแบบร่วม: การพัฒนาที่ประสบความสำเร็จของโมดูเลเตอร์ประสิทธิภาพสูงต้องใช้ความสามารถในการออกแบบร่วมที่ครอบคลุมซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของ Optoelectronics และนักออกแบบชิปอิเล็กทรอนิกส์ซัพพลายเออร์ EDA, Founts และผู้เชี่ยวชาญด้านบรรจุภัณฑ์ ความซับซ้อนในการผลิต: ในขณะที่กระบวนการออพโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิคอนมีความซับซ้อนน้อยกว่าอิเล็กทรอนิกส์ CMOS ขั้นสูงการบรรลุประสิทธิภาพและผลผลิตที่มั่นคงนั้นต้องการความเชี่ยวชาญที่สำคัญและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต

ได้รับแรงผลักดันจาก AI Boom และปัจจัยทางภูมิรัฐศาสตร์สาขานี้ได้รับการลงทุนที่เพิ่มขึ้นจากรัฐบาลอุตสาหกรรมและภาคเอกชนทั่วโลกสร้างโอกาสใหม่สำหรับการทำงานร่วมกันระหว่างสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมและสัญญาว่าจะเร่งนวัตกรรม