電気光学変調器の未来

の将来電気光学変調器

電気光学変調器は現代の光電子システムにおいて中心的な役割を果たしており、光の特性を制御することにより通信から量子コンピューティングまでの多くの分野で重要な役割を果たしています。この論文では、電気光学変調器技術の現状、最新の進歩、将来の開発について説明します。

図 1: さまざまな製品のパフォーマンスの比較光変調器挿入損失、帯域幅、消費電力、サイズ、製造能力の観点から、薄膜ニオブ酸リチウム (TFLN)、III-V 電気吸収変調器 (EAM)、シリコンベースおよびポリマー変調器などのテクノロジーを提供します。

従来のシリコンベースの電気光学変調器とその限界

シリコンベースの光電光変調器は、長年にわたり光通信システムの基礎となってきました。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 年間で目覚ましい進歩を遂げ、データ転送速度が 3 桁も向上しました。最新のシリコンベースの変調器は、最大 224 Gb/s の 4 レベル パルス振幅変調 (PAM4) を実現でき、PAM8 変調ではさらに 300 Gb/s 以上を実現できます。

しかし、シリコンベースの変調器は、材料特性に起因する根本的な制限に直面しています。光トランシーバが 200 Gbaud 以上のボー レートを必要とする場合、これらのデバイスの帯域幅では需要を満たすことが困難になります。この制限はシリコンの固有の特性に起因します。十分な導電性を維持しながら過度の光損失を回避するバランスにより、避けられないトレードオフが生じます。

新しい変調器技術と材料

従来のシリコンベースの変調器の限界により、代替材料と集積技術の研究が推進されてきました。薄膜ニオブ酸リチウムは、新世代の変調器にとって最も有望なプラットフォームの 1 つとなっています。薄膜ニオブ酸リチウム電気光学変調器バルクニオブ酸リチウムの優れた特性を継承: 広い透明窓、大きな電気光学係数 (r33 = 31 pm/V) リニアセル カー効果は複数の波長範囲で動作可能

薄膜ニオブ酸リチウム技術の最近の進歩は、チャネルあたり 1.96 Tb/s のデータ速度で 260 Gbaud で動作する変調器など、目覚ましい成果をもたらしました。このプラットフォームには、CMOS 互換の駆動電圧や 100 GHz の 3 dB 帯域幅などの独自の利点があります。

新興技術の応用

電気光学変調器の開発は、多くの分野で新たなアプリケーションと密接に関連しています。人工知能やデータセンターの分野では、高速変調器は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 プラガブル トランシーバーの需要を促進しています。変調器技術は以下にも適用されます。 量子情報処理 ニューロモーフィック コンピューティング 周波数変調連続波 (FMCW) ライダー マイクロ波光子技術

特に、薄膜ニオブ酸リチウム電気光学変調器は、光計算処理エンジンで優れた性能を発揮し、機械学習や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。このような変調器は低温でも動作することができ、超電導線路の量子古典界面に適しています。

次世代電気光学変調器の開発は、いくつかの大きな課題に直面しています。 製造コストと規模: 薄膜ニオブ酸リチウム変調器は現在 150 mm ウェハーの製造に制限されており、コストが高くなります。業界は、膜の均一性と品質を維持しながらウェハサイズを拡大する必要があります。統合と共同設計: 開発の成功高性能変調器オプトエレクトロニクスおよび電子チップの設計者、EDA サプライヤー、工場、パッケージング専門家の協力を伴う、包括的な共同設計能力が必要です。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のプロセスは高度な CMOS エレクトロニクスほど複雑ではありませんが、安定した性能と歩留まりを達成するには、多大な専門知識と製造プロセスの最適化が必要です。

AI ブームと地政学的な要因により、この分野は世界中の政府、産業界、民間部門からの投資が増加しており、学界と産業界の協力のための新たな機会が生み出され、イノベーションの加速が約束されています。