העתיד של מאפננים אלקטרו אופטיים

העתיד שלמאפננים אלקטרו אופטיים

מאפננים אלקטרו אופטיים ממלאים תפקיד מרכזי במערכות אופטו-אלקטרוניות מודרניות, וממלאים תפקיד חשוב בתחומים רבים מתקשורת ועד מחשוב קוונטי על ידי ויסות תכונות האור. מאמר זה דן במצב הנוכחי, פריצת הדרך האחרונה ופיתוח עתידי של טכנולוגיית מאפנן אלקטרו אופטי

איור 1: השוואת ביצועים של שוניםמאפנן אופטיטכנולוגיות, כולל ליתיום ניובאט סרט דק (TFLN), מאפני ספיגה חשמליים III-V (EAM), מאפננים מבוססי סיליקון ופולימרים במונחים של אובדן הכנסה, רוחב פס, צריכת חשמל, גודל ויכולת ייצור.

מאפננים אלקטרו אופטיים מסורתיים מבוססי סיליקון ומגבלותיהם

מאפננים אור פוטואלקטריים מבוססי סיליקון הם הבסיס למערכות תקשורת אופטיות במשך שנים רבות. בהתבסס על אפקט פיזור הפלזמה, מכשירים כאלה עשו התקדמות מדהימה במהלך 25 ​​השנים האחרונות, והגדילו את קצבי העברת הנתונים בשלושה סדרי גודל. מאפננים מודרניים מבוססי סיליקון יכולים להשיג אפנון משרעת פולס (PAM4) ב-4 רמות של עד 224 Gb/s, ואפילו יותר מ-300 Gb/s עם אפנון PAM8.

עם זאת, מאפננים מבוססי סיליקון עומדים בפני מגבלות יסוד הנובעות מתכונות החומר. כאשר מקלטי משדר אופטיים דורשים קצבי בונד של יותר מ-200+ Gbaud, רוחב הפס של התקנים אלה קשה לעמוד בביקוש. מגבלה זו נובעת מהתכונות הטבועות בסיליקון - האיזון של הימנעות מאובדן אור מופרז תוך שמירה על מוליכות מספקת יוצר פשרות בלתי נמנעות.

טכנולוגיית מאפנן וחומרים חדשים

המגבלות של מאפננים מסורתיים מבוססי סיליקון הניעו את המחקר של חומרים חלופיים וטכנולוגיות אינטגרציה. ליתיום ניובאט סרט דק הפך לאחת הפלטפורמות המבטיחות ביותר עבור דור חדש של מאפננים.סרט דק ליתיום ניובאט מאפננים אלקטרו-אופטייםיורש את המאפיינים המצוינים של ליתיום ניובאט בתפזורת, כולל: חלון שקוף רחב, מקדם אלקטרו-אופטי גדול (r33 = 31 pm/V) תא ליניארי אפקט Kerrs יכול לפעול בטווחי אורכי גל מרובים

ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית ליתיום ניובאט סרט דק הניבה תוצאות יוצאות דופן, כולל מאפנן הפועל ב-260 Gbaud עם קצבי נתונים של 1.96 Tb/s לערוץ. לפלטפורמה יתרונות ייחודיים כמו מתח כונן תואם CMOS ורוחב פס של 3dB של 100 גיגה-הרץ.

יישום טכנולוגיה מתפתחת

הפיתוח של מאפננים אלקטרו אופטיים קשור קשר הדוק ליישומים מתפתחים בתחומים רבים. בתחום הבינה המלאכותית ומרכזי הנתונים,מאפננים במהירות גבוההחשובים לדור הבא של חיבורים, ויישומי מחשוב בינה מלאכותית מניעות את הביקוש למקלטי משדר 800G ו-1.6T הניתנים לחיבור. טכנולוגיית המאפנן מיושמת גם על: עיבוד מידע קוונטי מחשוב נוירומורפי טכנולוגיית פוטון מיקרוגל של lidar עם תדר מתמשך (FMCW)

במיוחד, מאפננים אלקטרו-אופטיים של ליתיום ניובאט סרט דק מראים חוזק במנועי עיבוד חישובי אופטי, ומספקים אפנון מהיר בהספק נמוך שמאיץ למידת מכונה ויישומי בינה מלאכותית. מאפננים כאלה יכולים לפעול גם בטמפרטורות נמוכות ומתאימים לממשקים קוונטיים-קלאסיים בקווים מוליכים.

הפיתוח של מאפננים אלקטרו-אופטיים מהדור הבא עומד בפני מספר אתגרים עיקריים: עלות ייצור וקנה מידה: מאפננים של ליתיום ניובאט סרט דק מוגבלים כיום לייצור פרוסות של 150 מ"מ, וכתוצאה מכך עלויות גבוהות יותר. התעשייה צריכה להרחיב את גודל הפרוסות תוך שמירה על אחידות ואיכות הסרט. אינטגרציה ועיצוב משותף: הפיתוח המוצלח שלמאפננים בעלי ביצועים גבוהיםדורש יכולות עיצוב משותף מקיפות, הכוללות שיתוף פעולה של מעצבי אופטואלקטרוניקה ושבבים אלקטרוניים, ספקי EDA, ברזיות ומומחי אריזה. מורכבות הייצור: בעוד שתהליכים אופטו-אלקטרוניקה מבוססי סיליקון הם פחות מורכבים מאלקטרוניקה CMOS מתקדמת, השגת ביצועים ותפוקה יציבים דורשת מומחיות משמעותית ואופטימיזציה של תהליכי ייצור.

מונע על ידי תנופת הבינה המלאכותית וגורמים גיאופוליטיים, התחום זוכה להשקעות מוגברות מממשלות, תעשייה והמגזר הפרטי ברחבי העולם, יוצר הזדמנויות חדשות לשיתוף פעולה בין האקדמיה והתעשייה ומבטיח להאיץ את החדשנות.