ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરનું ભવિષ્ય

ના ભાવિઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટર્સ

ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર્સ આધુનિક ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સમાં કેન્દ્રિય ભૂમિકા ભજવે છે, જે પ્રકાશના ગુણધર્મોને નિયંત્રિત કરીને સંચારથી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સુધીના ઘણા ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. આ પેપર વર્તમાન સ્થિતિ, નવીનતમ પ્રગતિ અને ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ટેકનોલોજીના ભાવિ વિકાસની ચર્ચા કરે છે

આકૃતિ 1: વિવિધની કામગીરીની સરખામણીઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરપાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (TFLN), III-V ઇલેક્ટ્રિકલ એબ્સોર્પ્શન મોડ્યુલેટર (EAM), સિલિકોન-આધારિત અને પોલિમર મોડ્યુલેટર્સ સહિતની ટેકનોલોજી, નિવેશ નુકશાન, બેન્ડવિડ્થ, પાવર વપરાશ, કદ અને ઉત્પાદન ક્ષમતાના સંદર્ભમાં.

પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર અને તેમની મર્યાદાઓ

સિલિકોન-આધારિત ફોટોઇલેક્ટ્રિક લાઇટ મોડ્યુલેટર્સ ઘણા વર્ષોથી ઓપ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમનો આધાર છે. પ્લાઝ્મા વિક્ષેપ અસરના આધારે, આવા ઉપકરણોએ છેલ્લાં 25 વર્ષોમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ કરી છે, ડેટા ટ્રાન્સફર દરમાં ત્રણ ઓર્ડરની તીવ્રતામાં વધારો કર્યો છે. આધુનિક સિલિકોન-આધારિત મોડ્યુલેટર 224 Gb/s સુધીના 4-સ્તરના પલ્સ એમ્પ્લિટ્યુડ મોડ્યુલેશન (PAM4) હાંસલ કરી શકે છે, અને PAM8 મોડ્યુલેશન સાથે 300 Gb/s કરતાં પણ વધુ.

જો કે, સિલિકોન-આધારિત મોડ્યુલેટર્સ ભૌતિક ગુણધર્મોથી ઉદ્દભવેલી મૂળભૂત મર્યાદાઓનો સામનો કરે છે. જ્યારે ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સસીવર્સને 200+ Gbaud કરતાં વધુના બાઉડ દરોની જરૂર પડે છે, ત્યારે આ ઉપકરણોની બેન્ડવિડ્થ માંગને પહોંચી વળવી મુશ્કેલ છે. આ મર્યાદા સિલિકોનના જન્મજાત ગુણધર્મોથી ઉદ્ભવે છે - પર્યાપ્ત વાહકતા જાળવી રાખીને અતિશય પ્રકાશના નુકશાનને ટાળવાનું સંતુલન અનિવાર્ય ટ્રેડઓફ બનાવે છે.

ઉભરતી મોડ્યુલેટર ટેકનોલોજી અને સામગ્રી

પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત મોડ્યુલેટરની મર્યાદાઓએ વૈકલ્પિક સામગ્રી અને એકીકરણ તકનીકોમાં સંશોધનને આગળ ધપાવ્યું છે. પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ નવી પેઢીના મોડ્યુલેટર માટે સૌથી આશાસ્પદ પ્લેટફોર્મ બની ગયું છે.પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર્સબલ્ક લિથિયમ નિયોબેટની ઉત્કૃષ્ટ લાક્ષણિકતાઓનો વારસો મેળવો, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: વિશાળ પારદર્શક વિન્ડો, વિશાળ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ગુણાંક (r33 = 31 pm/V) રેખીય સેલ કેર્સ અસર બહુવિધ તરંગલંબાઇ રેન્જમાં કાર્ય કરી શકે છે

પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ટેક્નોલોજીમાં તાજેતરની પ્રગતિએ નોંધપાત્ર પરિણામો આપ્યા છે, જેમાં ચેનલ દીઠ 1.96 Tb/s ડેટા રેટ સાથે 260 Gbaud પર કાર્યરત મોડ્યુલેટરનો સમાવેશ થાય છે. પ્લેટફોર્મમાં CMOS-સુસંગત ડ્રાઈવ વોલ્ટેજ અને 100 GHz ની 3-dB બેન્ડવિડ્થ જેવા અનન્ય ફાયદા છે.

ઉભરતી ટેકનોલોજી એપ્લિકેશન

ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર્સનો વિકાસ ઘણા ક્ષેત્રોમાં ઉભરતી એપ્લિકેશનો સાથે નજીકથી સંબંધિત છે. આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ અને ડેટા સેન્ટરના ક્ષેત્રમાં,હાઇ-સ્પીડ મોડ્યુલેટરઇન્ટરકનેક્શનની આગામી પેઢી માટે મહત્વપૂર્ણ છે, અને AI કમ્પ્યુટિંગ એપ્લિકેશન્સ 800G અને 1.6T પ્લગેબલ ટ્રાન્સસીવર્સની માંગને આગળ વધારી રહી છે. મોડ્યુલેટર ટેક્નોલોજી આના પર પણ લાગુ થાય છે: ક્વોન્ટમ ઇન્ફર્મેશન પ્રોસેસિંગ ન્યુરોમોર્ફિક કમ્પ્યુટિંગ ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેટેડ કન્ટીન્યૂટ વેવ (FMCW) લિડર માઇક્રોવેવ ફોટોન ટેકનોલોજી

ખાસ કરીને, પાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ઓપ્ટિકલ કોમ્પ્યુટેશનલ પ્રોસેસિંગ એન્જિનમાં તાકાત દર્શાવે છે, ઝડપી લો-પાવર મોડ્યુલેશન પ્રદાન કરે છે જે મશીન લર્નિંગ અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ એપ્લિકેશનને વેગ આપે છે. આવા મોડ્યુલેટર નીચા તાપમાને પણ કામ કરી શકે છે અને સુપરકન્ડક્ટીંગ લાઈનોમાં ક્વોન્ટમ-ક્લાસિકલ ઈન્ટરફેસ માટે યોગ્ય છે.

નેક્સ્ટ જનરેશન ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર્સના વિકાસમાં ઘણા મોટા પડકારોનો સામનો કરવો પડે છે: ઉત્પાદન ખર્ચ અને સ્કેલ: પાતળા-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ મોડ્યુલેટર્સ હાલમાં 150 મીમી વેફર ઉત્પાદન સુધી મર્યાદિત છે, પરિણામે ઊંચા ખર્ચ થાય છે. ફિલ્મની એકરૂપતા અને ગુણવત્તા જાળવી રાખીને ઉદ્યોગે વેફરના કદને વિસ્તૃત કરવાની જરૂર છે. એકીકરણ અને સહ-ડિઝાઇન: સફળ વિકાસઉચ્ચ પ્રદર્શન મોડ્યુલેટર્સઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઈલેક્ટ્રોનિક ચિપ ડિઝાઈનર્સ, EDA સપ્લાયર્સ, ફાઉન્ટ્સ અને પેકેજિંગ નિષ્ણાતોના સહયોગને સંડોવતા વ્યાપક સહ-ડિઝાઈન ક્ષમતાઓની જરૂર છે. ઉત્પાદન જટિલતા: જ્યારે સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ પ્રક્રિયાઓ અદ્યતન CMOS ઈલેક્ટ્રોનિક્સ કરતાં ઓછી જટિલ હોય છે, ત્યારે સ્થિર પ્રદર્શન અને ઉપજ હાંસલ કરવા માટે નોંધપાત્ર કુશળતા અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશનની જરૂર પડે છે.

AI બૂમ અને ભૌગોલિક રાજકીય પરિબળો દ્વારા સંચાલિત, આ ક્ષેત્રમાં વિશ્વભરની સરકારો, ઉદ્યોગો અને ખાનગી ક્ષેત્રો તરફથી રોકાણમાં વધારો થઈ રહ્યો છે, જે શૈક્ષણિક અને ઉદ્યોગ વચ્ચે સહયોગ માટે નવી તકો ઊભી કરે છે અને નવીનતાને વેગ આપવાનું વચન આપે છે.