Mustakabali wa vidhibiti vya macho vya umeme

Mustakabali wavidhibiti vya macho vya umeme

Vidhibiti vya macho vya electro optic vina jukumu muhimu katika mifumo ya kisasa ya optoelectronic, vikichukua jukumu muhimu katika nyanja nyingi kuanzia mawasiliano hadi kompyuta ya quantum kwa kudhibiti sifa za mwanga. Karatasi hii inajadili hali ya sasa, mafanikio ya hivi karibuni na maendeleo ya baadaye ya teknolojia ya vidhibiti vya macho vya electro optic.

Mchoro 1: Ulinganisho wa utendaji wa tofautimodulator ya machoteknolojia, ikiwa ni pamoja na lithiamu niobate nyembamba ya filamu (TFLN), vidhibiti vya unyonyaji wa umeme vya III-V (EAM), vidhibiti vinavyotegemea silikoni na polima kwa upande wa upotevu wa uingizaji, kipimo data, matumizi ya nguvu, ukubwa, na uwezo wa utengenezaji.

Vidhibiti vya kawaida vya optiki vya elektroniki vinavyotegemea silikoni na mapungufu yake

Vidhibiti mwanga vya fotoelektriki vinavyotegemea silikoni vimekuwa msingi wa mifumo ya mawasiliano ya macho kwa miaka mingi. Kulingana na athari ya utawanyiko wa plasma, vifaa kama hivyo vimefanya maendeleo ya kushangaza katika miaka 25 iliyopita, na kuongeza viwango vya uhamishaji data kwa viwango vitatu vya ukubwa. Vidhibiti vya kisasa vinavyotegemea silikoni vinaweza kufikia moduli ya amplitude ya mapigo ya kiwango cha 4 (PAM4) ya hadi 224 Gb/s, na hata zaidi ya 300 Gb/s kwa moduli ya PAM8.

Hata hivyo, vidhibiti vinavyotegemea silikoni vinakabiliwa na mapungufu ya msingi yanayotokana na sifa za nyenzo. Wakati vipitishi vya macho vinahitaji viwango vya baudi vya zaidi ya 200+ Gbaud, kipimo data cha vifaa hivi ni vigumu kukidhi mahitaji. Kikwazo hiki kinatokana na sifa za asili za silikoni - usawa wa kuepuka upotevu mwingi wa mwanga huku ukidumisha upitishaji wa kutosha huunda mabadiliko yasiyoepukika.

Teknolojia na vifaa vya modulator vinavyoibuka

Mapungufu ya vidhibiti vya jadi vinavyotegemea silikoni yamesababisha utafiti katika nyenzo mbadala na teknolojia za ujumuishaji. Lithiamu nyembamba ya lithiamu imekuwa mojawapo ya majukwaa yenye matumaini zaidi kwa kizazi kipya cha vidhibiti.Vidhibiti vya elektro-optic vya lithiamu niobate vya filamu nyembambakurithi sifa bora za lithiamu niobati ya wingi, ikiwa ni pamoja na: dirisha pana la uwazi, mgawo mkubwa wa elektroni-optiki (r33 = 31 pm/V) seli ya mstari Athari ya Kerrs inaweza kufanya kazi katika safu nyingi za urefu wa wimbi

Maendeleo ya hivi karibuni katika teknolojia ya lithiamu niobate yenye filamu nyembamba yametoa matokeo ya kushangaza, ikiwa ni pamoja na modulator inayofanya kazi kwa 260 Gbaud yenye viwango vya data vya 1.96 Tb/s kwa kila chaneli. Jukwaa hili lina faida za kipekee kama vile volteji ya kiendeshi inayoendana na CMOS na kipimo data cha 3-dB cha 100 GHz.

Programu ya teknolojia inayoibuka

Ukuzaji wa vidhibiti vya macho vya electro optiki unahusiana kwa karibu na matumizi yanayoibuka katika nyanja nyingi. Katika uwanja wa akili bandia na vituo vya data,vidhibiti vya kasi ya juuni muhimu kwa kizazi kijacho cha miunganisho, na programu za kompyuta za AI zinaendesha mahitaji ya vipitishi vya 800G na 1.6T vinavyoweza kuchomekwa. Teknolojia ya modulator pia inatumika kwa: usindikaji wa taarifa za quantum kompyuta ya neuromorphic wimbi endelevu linalobadilishwa masafa (FMCW) teknolojia ya fotoni ya maikrowevu ya lidar

Hasa, vidhibiti vya elektro-optic vya lithiamu niobate vyenye filamu nyembamba huonyesha nguvu katika injini za usindikaji wa kompyuta za macho, na kutoa urekebishaji wa haraka wa nguvu ya chini unaoharakisha ujifunzaji wa mashine na matumizi ya akili bandia. Vidhibiti hivyo vinaweza pia kufanya kazi katika halijoto ya chini na vinafaa kwa violesura vya quantum-classical katika mistari ya superconducting.

Ukuzaji wa vidhibiti vya optiki vya kizazi kijacho unakabiliwa na changamoto kadhaa kubwa: Gharama na ukubwa wa uzalishaji: vidhibiti vya lithiamu niobate nyembamba kwa sasa vimepunguzwa kwa uzalishaji wa wafer wa milimita 150, na kusababisha gharama kubwa zaidi. Sekta inahitaji kupanua ukubwa wa wafer huku ikidumisha usawa na ubora wa filamu. Ujumuishaji na Ubunifu-mshikamano: Maendeleo yaliyofanikiwa yavidhibiti vya utendaji wa hali ya juuinahitaji uwezo kamili wa usanifu wa pamoja, unaohusisha ushirikiano wa wabunifu wa optoelectronics na chips za kielektroniki, wasambazaji wa EDA, founts, na wataalamu wa ufungashaji. Ugumu wa utengenezaji: Ingawa michakato ya optoelectronics inayotegemea silicon si ngumu sana kuliko vifaa vya elektroniki vya CMOS vya hali ya juu, kufikia utendaji na mavuno thabiti kunahitaji utaalamu mkubwa na uboreshaji wa mchakato wa utengenezaji.

Kwa kuendeshwa na ukuaji wa akili bandia (AI) na mambo ya kijiografia, uwanja huu unapokea uwekezaji ulioongezeka kutoka kwa serikali, tasnia na sekta binafsi kote ulimwenguni, na hivyo kuunda fursa mpya za ushirikiano kati ya wasomi na tasnia na kuahidi kuharakisha uvumbuzi.