इलेक्ट्रो अप्टिकल मोड्युलेटरहरूको भविष्य

को भविष्यइलेक्ट्रो अप्टिकल मोड्युलेटर्स

इलेक्ट्रो अप्टिक मोड्युलेटरहरूले आधुनिक अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूमा केन्द्रीय भूमिका खेल्छन्, प्रकाशको गुणहरू विनियमित गरेर सञ्चारदेखि क्वान्टम कम्प्युटिङसम्म धेरै क्षेत्रहरूमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। यस पेपरले वर्तमान स्थिति, पछिल्लो सफलता र इलेक्ट्रो अप्टिक मोड्युलेटर टेक्नोलोजीको भविष्यको विकासको बारेमा छलफल गर्दछ

चित्र १: विभिन्नको प्रदर्शन तुलनाअप्टिकल मोड्युलेटरटेक्नोलोजीहरू, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट (TFLN), III-V इलेक्ट्रिकल अवशोषण मोड्युलेटरहरू (EAM), सिलिकन-आधारित र पोलिमर मोड्युलेटरहरू सम्मिलन हानि, ब्यान्डविथ, पावर खपत, आकार, र उत्पादन क्षमताको सन्दर्भमा।

परम्परागत सिलिकन-आधारित इलेक्ट्रो अप्टिक मोड्युलेटरहरू र तिनीहरूको सीमाहरू

सिलिकन-आधारित फोटोइलेक्ट्रिक लाइट मोड्युलेटरहरू धेरै वर्षको लागि अप्टिकल संचार प्रणालीको आधार भएको छ। प्लाज्मा फैलावट प्रभावको आधारमा, त्यस्ता उपकरणहरूले विगत 25 वर्षहरूमा उल्लेखनीय प्रगति गरेका छन्, डेटा स्थानान्तरण दरहरू परिमाणको तीन अर्डरले बढाउँदै। आधुनिक सिलिकन-आधारित मोड्युलेटरहरूले 224 Gb/s सम्मको 4-स्तर पल्स एम्प्लिट्यूड मोडुलेशन (PAM4) प्राप्त गर्न सक्छन्, र PAM8 मोडुलेशनको साथ 300 Gb/s भन्दा बढी।

यद्यपि, सिलिकन-आधारित मोड्युलेटरहरूले भौतिक गुणहरूबाट उत्पन्न हुने आधारभूत सीमितताहरूको सामना गर्छन्। जब अप्टिकल ट्रान्सीभरहरूलाई 200+ Gbaud भन्दा बढीको बाउड दरहरू चाहिन्छ, यी उपकरणहरूको ब्यान्डविथ माग पूरा गर्न गाह्रो हुन्छ। यो सीमा सिलिकनको अन्तर्निहित गुणहरूबाट उत्पन्न हुन्छ - पर्याप्त चालकता कायम राख्दा अत्यधिक प्रकाश हानिबाट बच्ने सन्तुलनले अपरिहार्य ट्रेडअफहरू सिर्जना गर्दछ।

उदीयमान मोड्युलेटर प्रविधि र सामग्री

परम्परागत सिलिकन-आधारित मोड्युलेटरहरूको सीमितताहरूले वैकल्पिक सामग्री र एकीकरण प्रविधिहरूमा अनुसन्धानलाई प्रेरित गरेको छ। पातलो फिल्म लिथियम niobate मोड्युलेटरहरूको नयाँ पुस्ताको लागि सबैभन्दा आशाजनक प्लेटफर्महरू मध्ये एक भएको छ।पातलो फिल्म लिथियम niobate इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटर्सबल्क लिथियम niobate को उत्कृष्ट विशेषताहरू इनहेरिट गर्नुहोस्, सहित: फराकिलो पारदर्शी विन्डो, ठूलो इलेक्ट्रो-ओप्टिक गुणांक (r33 = 31 pm/V) रैखिक सेल Kerrs प्रभाव बहु तरंगदैर्ध्य दायराहरूमा काम गर्न सक्छ।

पातलो फिल्म लिथियम निओबेट टेक्नोलोजीमा भर्खरको प्रगतिले उल्लेखनीय परिणामहरू दिएको छ, 1.96 Tb/s प्रति च्यानलको डाटा दरको साथ 260 Gbaud मा सञ्चालन हुने मोड्युलेटर सहित। प्लेटफर्ममा CMOS-कम्प्याटिबल ड्राइभ भोल्टेज र 100 GHz को 3-dB ब्यान्डविथ जस्ता अद्वितीय फाइदाहरू छन्।

उदीयमान प्रविधि अनुप्रयोग

इलेक्ट्रो अप्टिक मोड्युलेटरहरूको विकास धेरै क्षेत्रहरूमा उदीयमान अनुप्रयोगहरूसँग नजिकबाट सम्बन्धित छ। आर्टिफिसियल इन्टेलिजेन्स र डाटा सेन्टरको क्षेत्रमा,उच्च गति मोड्युलेटरहरूअर्को पुस्ताको अन्तरसम्बन्धका लागि महत्त्वपूर्ण छन्, र एआई कम्प्युटिङ अनुप्रयोगहरूले 800G र 1.6T प्लग गर्न मिल्ने ट्रान्ससिभरहरूको माग बढाइरहेका छन्। मोड्युलेटर टेक्नोलोजीमा पनि लागू हुन्छ: क्वान्टम इन्फर्मेशन प्रोसेसिङ न्यूरोमोर्फिक कम्प्युटिङ फ्रिक्वेन्सी मोड्युलेटेड कन्टेन्सन वेभ (FMCW) लिडर माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजी

विशेष गरी, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटरहरूले अप्टिकल कम्प्युटेशनल प्रशोधन इन्जिनहरूमा बल देखाउँछन्, छिटो कम-शक्ति मोड्युलेसन प्रदान गर्दछ जसले मेसिन लर्निंग र कृत्रिम बुद्धिमत्ता अनुप्रयोगहरूलाई गति दिन्छ। त्यस्ता मोड्युलेटरहरूले कम तापक्रममा पनि काम गर्न सक्छन् र सुपरकन्डक्टिङ लाइनहरूमा क्वान्टम-क्लासिकल इन्टरफेसहरूको लागि उपयुक्त छन्।

अर्को पुस्ताको इलेक्ट्रो अप्टिक मोड्युलेटरहरूको विकासले धेरै प्रमुख चुनौतीहरूको सामना गर्दछ: उत्पादन लागत र स्केल: पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट मोड्युलेटरहरू हाल 150 मिमी वेफर उत्पादनमा सीमित छन्, उच्च लागतको परिणामस्वरूप। उद्योगले फिल्म एकरूपता र गुणस्तर कायम राख्दै वेफर साइज विस्तार गर्नुपर्छ। एकीकरण र सह-डिजाइन: को सफल विकासउच्च प्रदर्शन मोड्युलेटरहरूओप्टोइलेक्ट्रोनिक्स र इलेक्ट्रोनिक चिप डिजाइनरहरू, EDA आपूर्तिकर्ताहरू, फाउन्टहरू, र प्याकेजिङ विशेषज्ञहरूको सहयोग समावेश सहित व्यापक सह-डिजाइन क्षमताहरू आवश्यक छ। निर्माण जटिलता: सिलिकन-आधारित ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्स प्रक्रियाहरू उन्नत CMOS इलेक्ट्रोनिक्स भन्दा कम जटिल हुँदा, स्थिर प्रदर्शन र उपज प्राप्त गर्न महत्त्वपूर्ण विशेषज्ञता र निर्माण प्रक्रिया अनुकूलन आवश्यक छ।

एआई बूम र भूराजनीतिक कारकहरूद्वारा सञ्चालित, यस क्षेत्रले विश्वभरका सरकार, उद्योग र निजी क्षेत्रबाट बढ्दो लगानी प्राप्त गर्दैछ, शिक्षाविद् र उद्योग बीचको सहकार्यको लागि नयाँ अवसरहरू सिर्जना गर्दै र नवप्रवर्तनलाई गति दिने वाचा गर्दै।