미래의전기 광학 변조기
전기광학 변조기는 현대 광전자 시스템에서 핵심적인 역할을 하며, 통신부터 양자 컴퓨팅에 이르기까지 다양한 분야에서 빛의 특성을 조절하여 중요한 역할을 수행합니다. 본 논문에서는 전기광학 변조기 기술의 현재 상황, 최신 혁신 기술, 그리고 미래 발전 방향에 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 다양한 기술이 있습니다.
기존 실리콘 기반 전기광학 변조기와 그 한계
실리콘 기반 광전 변조기는 오랫동안 광통신 시스템의 기반이 되어 왔습니다. 플라즈마 분산 효과를 기반으로 하는 이러한 소자는 지난 25년 동안 괄목할 만한 발전을 이루며 데이터 전송 속도를 세 자릿수(100배)까지 향상시켰습니다. 최신 실리콘 기반 변조기는 최대 224Gb/s의 4레벨 펄스 진폭 변조(PAM4)를 구현할 수 있으며, PAM8 변조를 사용하면 300Gb/s 이상의 속도를 구현할 수 있습니다.
그러나 실리콘 기반 변조기는 재료 특성으로 인한 근본적인 한계에 직면합니다. 광 트랜시버가 200Gbaud 이상의 전송 속도를 요구하는 경우, 이러한 장치의 대역폭은 수요를 충족하기 어렵습니다. 이러한 한계는 실리콘의 고유한 특성, 즉 과도한 광 손실을 피하는 동시에 충분한 전도도를 유지하는 균형이 필연적으로 상충 관계를 야기하기 때문입니다.
새로운 변조기 기술 및 재료
기존 실리콘 기반 변조기의 한계로 인해 대체 소재 및 집적 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 박막 리튬 니오베이트는 차세대 변조기 분야에서 가장 유망한 플랫폼 중 하나로 자리매김했습니다.박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기넓은 투명 창, 큰 전기 광학 계수(r33 = 31 pm/V), 선형 셀 Kerrs 효과 등 벌크 리튬 니오베이트의 우수한 특성을 계승하여 다양한 파장 범위에서 작동 가능
박막 리튬 니오베이트 기술의 최근 발전은 놀라운 성과를 거두었습니다. 260Gbaud에서 채널당 1.96Tb/s의 데이터 전송 속도로 작동하는 변조기를 개발했습니다. 이 플랫폼은 CMOS 호환 구동 전압과 100GHz의 3dB 대역폭과 같은 독보적인 장점을 가지고 있습니다.
신기술 응용
전기광학 변조기의 개발은 여러 분야의 새로운 응용 분야와 밀접한 관련이 있습니다. 인공지능 및 데이터 센터 분야에서는고속 변조기차세대 상호 연결에 중요하며, AI 컴퓨팅 애플리케이션은 800G 및 1.6T 플러그형 트랜시버에 대한 수요를 주도하고 있습니다. 변조기 기술은 다음 분야에도 적용됩니다. 양자 정보 처리, 뉴로모픽 컴퓨팅, 주파수 변조 연속파(FMCW), 라이더, 마이크로파 광자 기술
특히, 박막 리튬 니오베이트 전기광학 변조기는 광 계산 처리 엔진에서 뛰어난 성능을 발휘하여 머신 러닝 및 인공지능 응용 분야를 가속화하는 빠르고 저전력 변조를 제공합니다. 이러한 변조기는 저온에서도 작동할 수 있으며 초전도 회선의 양자 고전 계면에 적합합니다.
차세대 전기 광학 변조기 개발은 몇 가지 주요 과제에 직면해 있습니다. 생산 비용 및 규모: 박막 리튬 니오베이트 변조기는 현재 150mm 웨이퍼 생산으로 제한되어 있어 비용이 높습니다. 업계는 박막 균일성과 품질을 유지하면서 웨이퍼 크기를 확장해야 합니다. 통합 및 공동 설계: 성공적인 개발고성능 변조기광전자 및 전자 칩 설계자, EDA 공급업체, 파운드리, 패키징 전문가의 협력을 포함하는 포괄적인 공동 설계 역량이 필요합니다. 제조 복잡성: 실리콘 기반 광전자 공정은 고급 CMOS 전자 공정보다 덜 복잡하지만, 안정적인 성능과 수율을 달성하려면 상당한 전문 지식과 제조 공정 최적화가 필요합니다.
AI 붐과 지정학적 요인에 힘입어 전 세계 정부, 산업계, 민간 부문에서 이 분야에 대한 투자가 늘어나고 있으며, 이로 인해 학계와 산업계 간 협업을 위한 새로운 기회가 창출되고 혁신이 가속화될 것으로 기대됩니다.
게시 시간: 2024년 12월 30일