U futuru di i modulatori elettroottici

L'avvene dimodulatori elettroottici

I modulatori elettroottici ghjocanu un rollu cintrali in i sistemi optoelettronici muderni, ghjucendu un rollu impurtante in parechji campi, da a cumunicazione à l'informatica quantica, regulendu e proprietà di a luce. Questu articulu discute u statu attuale, l'ultima scuperta è u sviluppu futuru di a tecnulugia di i modulatori elettroottici.

Figura 1: Cunfrontu di e prestazioni di diversemodulatore otticutecnulugie, cumprese u niobatu di litiu à film sottile (TFLN), i modulatori d'assorbimentu elettricu III-V (EAM), i modulatori à basa di siliciu è polimeri in termini di perdita d'inserzione, larghezza di banda, cunsumu energeticu, dimensione è capacità di fabricazione.

Modulatori elettroottici tradiziunali à basa di siliciu è i so limiti

I modulatori di luce fotoelettrica à basa di siliciu sò stati a basa di i sistemi di cumunicazione ottica per parechji anni. Basati annantu à l'effettu di dispersione di plasma, tali dispositivi anu fattu progressi rimarchevuli in l'ultimi 25 anni, aumentendu i tassi di trasferimentu di dati di trè ordini di grandezza. I modulatori muderni à basa di siliciu ponu ottene una modulazione di ampiezza di impulsi à 4 livelli (PAM4) finu à 224 Gb/s, è ancu più di 300 Gb/s cù a modulazione PAM8.

Tuttavia, i modulatori à basa di siliciu sò cunfruntati à limitazioni fundamentali derivanti da e proprietà di i materiali. Quandu i transceiver ottici richiedenu velocità di trasmissione di più di 200+ Gbaud, a larghezza di banda di sti dispositivi hè difficiule per risponde à a dumanda. Questa limitazione deriva da e proprietà inerenti di u siliciu - l'equilibriu trà evità una perdita eccessiva di luce è mantene una conducibilità sufficiente crea inevitabili compromessi.

Tecnulugia è materiali di modulazione emergenti

I limiti di i modulatori tradiziunali à basa di siliciu anu purtatu a ricerca nantu à materiali alternativi è tecnulugie d'integrazione. U niobatu di litiu à film sottile hè diventatu una di e piattaforme più promettenti per una nova generazione di modulatori.Modulatori elettro-ottici à film sottile di niobato di litiuereditanu l'eccellenti caratteristiche di u niobatu di litiu in massa, cumprese: larga finestra trasparente, grande coefficiente elettro-otticu (r33 = 31 pm/V) cella lineare effettu Kerrs pò operà in parechje gamme di lunghezze d'onda

I recenti progressi in a tecnulugia di u niobatu di litiu à film sottile anu datu risultati rimarchevuli, cumpresu un modulatore chì funziona à 260 Gbaud cù velocità di trasmissione dati di 1,96 Tb/s per canale. A piattaforma hà vantaghji unichi cum'è a tensione di pilotaggio cumpatibile cù CMOS è una larghezza di banda di 3 dB di 100 GHz.

Applicazione di tecnulugia emergente

U sviluppu di modulatori elettroottici hè strettamente ligatu à l'applicazioni emergenti in parechji campi. In u campu di l'intelligenza artificiale è di i centri di dati,modulatori à alta velocitàsò impurtanti per a prossima generazione di interconnessioni, è l'applicazioni di l'informatica IA stanu stimulendu a dumanda di transceiver inseribili 800G è 1.6T. A tecnulugia di modulazione hè ancu applicata à: l'elaborazione di l'infurmazioni quantiche, l'informatica neuromorfica, a tecnulugia di fotoni à microonde lidar à onda cuntinua modulata in frequenza (FMCW).

In particulare, i modulatori elettroottici di niobatu di litiu à film sottile mostranu forza in i motori di elaborazione computazionale ottica, furnendu una modulazione rapida à bassa putenza chì accelera l'apprendimentu automaticu è l'applicazioni di intelligenza artificiale. Tali modulatori ponu ancu funziunà à basse temperature è sò adatti per interfacce quantistiche-classiche in linee superconduttrici.

U sviluppu di modulatori elettroottici di prossima generazione si trova di fronte à parechje sfide maiò: Costu di pruduzzione è scala: i modulatori di niobatu di litiu à film sottile sò attualmente limitati à una pruduzzione di wafer di 150 mm, ciò chì porta à costi più elevati. L'industria hà bisognu di allargà a dimensione di i wafer mantenendu l'uniformità è a qualità di u film. Integrazione è co-design: U sviluppu successu dimodulatori d'altu rendimenturichiede capacità cumplete di co-cuncepimentu, chì implicanu a cullaburazione di cuncettori di chip optoelettronici è elettronichi, fornitori EDA, fonti è esperti di imballaggio. Cumplessità di fabricazione: Mentre i prucessi optoelettronici à basa di siliciu sò menu cumplessi cà l'elettronica CMOS avanzata, ottene prestazioni è rendimenti stabili richiede una cumpetenza significativa è una ottimizazione di u prucessu di fabricazione.

Spintu da u boom di l'IA è da i fattori geopolitichi, u duminiu riceve investimenti crescenti da i guverni, l'industria è u settore privatu in u mondu sanu, creendu nuove opportunità di cullaburazione trà l'accademia è l'industria è prumittendu d'accelerà l'innuvazione.