エレクトロ光モジュレーターの未来

の未来エレクトロ光学モジュレーター

電気光学モジュレーターは、最新の光電子システムで中心的な役割を果たし、光の特性を調節することにより、通信から量子コンピューティングまで多くの分野で重要な役割を果たします。このペーパーでは、現在のステータス、最新のブレークスルー、エレクトロ光学変調器テクノロジーの将来の開発について説明します。

図1：異なるパフォーマンスの比較光変調器薄膜Niobate（TFLN）、III-V電気吸収モジュレーター（EAM）、シリコンベース、ポリマーモジュレーター、挿入損失、帯域幅、消費電力、サイズ、製造能力などの技術。

従来のシリコンベースのエレクトロオプティックモジュレーターとその制限

シリコンベースの光電光モジュレーターは、長年にわたって光学通信システムの基礎となっています。プラズマ分散効果に基づいて、このようなデバイスは過去25年間で顕著な進歩を遂げており、データ転送速度が3桁増加しています。最新のシリコンベースのモジュレーターは、最大224 GB/sの4レベルのパルス振幅変調（PAM4）を達成でき、PAM8変調でさらに300 GB/sを達成できます。

ただし、シリコンベースのモジュレーターは、材料特性に起因する基本的な制限に直面しています。光トランシーバーが200以上のGbaudのボーレートを必要とする場合、これらのデバイスの帯域幅は需要を満たすことが困難です。この制限は、シリコンの固有の特性に由来します。十分な導電率を維持しながら過剰な光損失を回避することのバランスは、避けられないトレードオフを生み出します。

新しいモジュレーター技術と材料

従来のシリコンベースのモジュレーターの制限により、代替材料と統合技術に関する研究が推進されています。薄膜Niobate Lithiumは、新世代のモジュレーターにとって最も有望なプラットフォームの1つになりました。薄膜Niobate電気光学モジュレーター幅広い透明な窓、大きな電気光学係数（R33 = 31 PM/V）線形細胞カーの効果を含む、niobateリチウムのバルクの優れた特性を継承します。複数の波長範囲で動作します。

薄膜ニオベート技術の最近の進歩により、チャネルあたり1.96 Tb/sのデータレートで260 GBaudで動作するモジュレーターなど、顕著な結果が得られました。このプラットフォームには、CMOS互換ドライブ電圧や100 GHzの3 dB帯域幅などの独自の利点があります。

新興技術アプリケーション

電気光学モジュレーターの開発は、多くの分野での新興アプリケーションと密接に関連しています。人工知能およびデータセンターの分野で、高速モジュレーター次世代の相互接続にとって重要であり、AIコンピューティングアプリケーションは800Gおよび1.6Tプラグ可能なトランシーバーの需要を促進しています。モジュレーターテクノロジーは以下にも適用されます。

特に、薄膜ニオベート電気光学モジュレーターは、光学計算処理エンジンで強度を示し、機械学習および人工知能アプリケーションを加速する高速低電力変調を提供します。このようなモジュレーターは、低温でも動作することができ、超伝導線の量子クラシック界面に適しています。

次世代の電気光学モジュレーターの開発は、いくつかの主要な課題に直面しています：生産コストとスケール：薄膜ニオベートモジュレーターは現在150 mmのウェーハ生産に制限されており、より高いコストをもたらします。業界は、フィルムの均一性と品質を維持しながら、ウェーハサイズを拡大する必要があります。統合と共同設計：の成功した開発高性能モジュレーターOptoelectronicsおよびElectronic Chip Designers、EDAサプライヤー、噴水、包装専門家のコラボレーションを含む、包括的な共同設計機能が必要です。製造の複雑さ：シリコンベースのオプトエレクトロニクスプロセスは高度なCMOSエレクトロニクスよりも複雑ではありませんが、安定した性能と利回りを達成するには、重要な専門知識と製造プロセスの最適化が必要です。

AIブームと地政学的要因によって推進されているこの分野は、世界中の政府、産業、民間部門からの投資の増加を受けており、学界と産業のコラボレーションの新しい機会を生み出し、イノベーションを加速することを約束しています。