미래의전기 광학 변조기
전기 광학 변조기는 현대 광전자 시스템에서 중심 역할을 하며, 빛의 특성을 조절하여 통신부터 양자 컴퓨팅까지 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이 문서에서는 전기 광학 변조기 기술의 현재 상태, 최신 혁신 및 향후 개발에 대해 논의합니다.
그림 1: 다양한 성능 비교광 변조기삽입 손실, 대역폭, 전력 소비, 크기 및 제조 용량 측면에서 박막 리튬 니오베이트(TFLN), III-V 전기 흡수 변조기(EAM), 실리콘 기반 및 폴리머 변조기를 포함한 기술.
기존 실리콘 기반 전기광학 변조기 및 그 한계
실리콘 기반 광전 변조기는 수년 동안 광통신 시스템의 기초가 되어 왔습니다. 플라즈마 분산 효과를 기반으로 이러한 장치는 지난 25년 동안 눈에 띄는 발전을 이루었으며 데이터 전송 속도를 3배나 향상시켰습니다. 최신 실리콘 기반 변조기는 최대 224Gb/s의 4레벨 펄스 진폭 변조(PAM4)를 달성할 수 있으며 PAM8 변조를 사용하면 300Gb/s 이상을 달성할 수 있습니다.
그러나 실리콘 기반 변조기는 재료 특성으로 인해 근본적인 한계에 직면해 있습니다. 광 트랜시버가 200Gbaud 이상의 전송 속도를 요구하는 경우 이러한 장치의 대역폭은 수요를 충족하기 어렵습니다. 이러한 제한은 실리콘의 고유한 특성에서 비롯됩니다. 충분한 전도성을 유지하면서 과도한 빛 손실을 방지하는 균형은 불가피한 절충안을 만듭니다.
신흥 변조기 기술 및 재료
기존 실리콘 기반 변조기의 한계로 인해 대체 재료 및 통합 기술에 대한 연구가 진행되었습니다. 박막 리튬 니오베이트는 차세대 변조기의 가장 유망한 플랫폼 중 하나가 되었습니다.박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기넓은 투명 창, 큰 전기 광학 계수(r33 = 31 pm/V) 선형 셀 Kerrs 효과는 다양한 파장 범위에서 작동할 수 있습니다.
최근 니오브산 리튬 박막 기술의 발전으로 채널당 1.96Tb/s의 데이터 속도로 260Gbaud에서 작동하는 변조기를 포함하여 놀라운 결과를 얻을 수 있었습니다. 이 플랫폼은 CMOS 호환 구동 전압, 100GHz의 3dB 대역폭 등 고유한 장점을 갖고 있습니다.
신기술 적용
전기 광학 변조기의 개발은 여러 분야의 새로운 응용 분야와 밀접한 관련이 있습니다. 인공지능 및 데이터센터 분야에서는고속 변조기차세대 상호 연결에 중요하며 AI 컴퓨팅 애플리케이션은 800G 및 1.6T 플러그형 트랜시버에 대한 수요를 주도하고 있습니다. 변조기 기술은 다음에도 적용됩니다. 양자 정보 처리 뉴로모픽 컴퓨팅 주파수 변조 연속파(FMCW) 라이더 마이크로파 광자 기술
특히, 박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기는 광학 계산 처리 엔진에서 강점을 보여 기계 학습 및 인공 지능 애플리케이션을 가속화하는 빠른 저전력 변조를 제공합니다. 이러한 변조기는 저온에서도 작동할 수 있으며 초전도 선의 양자 고전 인터페이스에 적합합니다.
차세대 전기 광학 변조기의 개발은 몇 가지 주요 과제에 직면해 있습니다. 생산 비용 및 규모: 박막 리튬 니오브산염 변조기는 현재 150mm 웨이퍼 생산으로 제한되어 있어 비용이 더 높아집니다. 업계에서는 필름 균일성과 품질을 유지하면서 웨이퍼 크기를 확장해야 합니다. 통합 및 공동 설계: 성공적인 개발고성능 변조기광전자 공학 및 전자 칩 설계자, EDA 공급업체, 생산자 및 패키징 전문가의 협력을 포함하는 포괄적인 공동 설계 기능이 필요합니다. 제조 복잡성: 실리콘 기반 광전자공학 공정은 고급 CMOS 전자공학보다 덜 복잡하지만 안정적인 성능과 수율을 달성하려면 상당한 전문 지식과 제조 공정 최적화가 필요합니다.
AI 붐과 지정학적 요인에 힘입어 이 분야는 전 세계적으로 정부, 업계, 민간 부문의 투자가 증가하고 있으며, 학계와 업계 간 협력을 위한 새로운 기회를 창출하고 혁신을 가속화할 것으로 기대됩니다.
게시 시간: 2024년 12월 30일