ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરનું ભવિષ્ય

નું ભવિષ્યઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટર

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

આકૃતિ 1: વિવિધઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરટેકનોલોજીઓ, જેમાં થિન ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (TFLN), III-V ઇલેક્ટ્રિકલ એબ્સોર્પ્શન મોડ્યુલેટર (EAM), સિલિકોન-આધારિત અને પોલિમર મોડ્યુલેટરનો સમાવેશ થાય છે, જે ઇન્સર્શન લોસ, બેન્ડવિડ્થ, પાવર વપરાશ, કદ અને ઉત્પાદન ક્ષમતાના સંદર્ભમાં છે.

પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર અને તેમની મર્યાદાઓ

સિલિકોન-આધારિત ફોટોઇલેક્ટ્રિક લાઇટ મોડ્યુલેટર ઘણા વર્ષોથી ઓપ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સનો આધાર રહ્યા છે. પ્લાઝ્મા ડિસ્પરઝન ઇફેક્ટના આધારે, આવા ઉપકરણોએ છેલ્લા 25 વર્ષોમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ કરી છે, ડેટા ટ્રાન્સફર રેટમાં ત્રણ ક્રમનો વધારો કર્યો છે. આધુનિક સિલિકોન-આધારિત મોડ્યુલેટર 224 Gb/s સુધીના 4-સ્તરના પલ્સ એમ્પ્લિટ્યુડ મોડ્યુલેશન (PAM4) અને PAM8 મોડ્યુલેશન સાથે 300 Gb/s થી પણ વધુ પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

જોકે, સિલિકોન-આધારિત મોડ્યુલેટર્સને ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે મૂળભૂત મર્યાદાઓનો સામનો કરવો પડે છે. જ્યારે ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સસીવર્સને 200+ Gbaud થી વધુના બાઉડ રેટની જરૂર હોય છે, ત્યારે આ ઉપકરણોની બેન્ડવિડ્થ માંગને પૂર્ણ કરવી મુશ્કેલ બને છે. આ મર્યાદા સિલિકોનના અંતર્ગત ગુણધર્મોને કારણે ઉદ્ભવે છે - પૂરતી વાહકતા જાળવી રાખીને વધુ પડતા પ્રકાશના નુકસાનને ટાળવાનું સંતુલન અનિવાર્ય ટ્રેડઓફ બનાવે છે.

ઉભરતી મોડ્યુલેટર ટેકનોલોજી અને સામગ્રી

પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત મોડ્યુલેટરની મર્યાદાઓએ વૈકલ્પિક સામગ્રી અને એકીકરણ તકનીકોમાં સંશોધનને વેગ આપ્યો છે. થિન ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ મોડ્યુલેટરની નવી પેઢી માટે સૌથી આશાસ્પદ પ્લેટફોર્મ પૈકીનું એક બની ગયું છે.પાતળા ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરબલ્ક લિથિયમ નિયોબેટની ઉત્તમ લાક્ષણિકતાઓ વારસામાં મેળવો, જેમાં શામેલ છે: પહોળી પારદર્શક બારી, મોટી ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ગુણાંક (r33 = 31 pm/V) રેખીય કોષ કેર્સ અસર બહુવિધ તરંગલંબાઇ શ્રેણીઓમાં કાર્ય કરી શકે છે

પાતળા ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ટેકનોલોજીમાં તાજેતરની પ્રગતિએ નોંધપાત્ર પરિણામો આપ્યા છે, જેમાં પ્રતિ ચેનલ 1.96 Tb/s ના ડેટા દર સાથે 260 Gbaud પર કાર્યરત મોડ્યુલેટરનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્લેટફોર્મમાં CMOS-સુસંગત ડ્રાઇવ વોલ્ટેજ અને 100 GHz ની 3-dB બેન્ડવિડ્થ જેવા અનન્ય ફાયદા છે.

ઉભરતી ટેકનોલોજી એપ્લિકેશન

ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનો વિકાસ ઘણા ક્ષેત્રોમાં ઉભરતા એપ્લિકેશનો સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. કૃત્રિમ બુદ્ધિ અને ડેટા સેન્ટર્સના ક્ષેત્રમાં,હાઇ-સ્પીડ મોડ્યુલેટરઆગામી પેઢીના ઇન્ટરકનેક્શન માટે મહત્વપૂર્ણ છે, અને AI કમ્પ્યુટિંગ એપ્લિકેશનો 800G અને 1.6T પ્લગેબલ ટ્રાન્સસીવર્સની માંગને આગળ ધપાવી રહી છે. મોડ્યુલેટર ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ આ માટે પણ થાય છે: ક્વોન્ટમ ઇન્ફર્મેશન પ્રોસેસિંગ ન્યુરોમોર્ફિક કમ્પ્યુટિંગ ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેટેડ કન્ટીન્યુઅસ વેવ (FMCW) લિડર માઇક્રોવેવ ફોટોન ટેકનોલોજી

ખાસ કરીને, પાતળા ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ઓપ્ટિકલ કોમ્પ્યુટેશનલ પ્રોસેસિંગ એન્જિનમાં શક્તિ દર્શાવે છે, જે ઝડપી લો-પાવર મોડ્યુલેશન પ્રદાન કરે છે જે મશીન લર્નિંગ અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ એપ્લિકેશન્સને વેગ આપે છે. આવા મોડ્યુલેટર નીચા તાપમાને પણ કાર્ય કરી શકે છે અને સુપરકન્ડક્ટિંગ લાઇનમાં ક્વોન્ટમ-ક્લાસિકલ ઇન્ટરફેસ માટે યોગ્ય છે.

આગામી પેઢીના ઇલેક્ટ્રો ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરના વિકાસમાં અનેક મુખ્ય પડકારોનો સામનો કરવો પડે છે: ઉત્પાદન ખર્ચ અને સ્કેલ: પાતળા-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ મોડ્યુલેટર હાલમાં 150 મીમી વેફર ઉત્પાદન સુધી મર્યાદિત છે, જેના પરિણામે ખર્ચ વધારે છે. ઉદ્યોગને ફિલ્મ એકરૂપતા અને ગુણવત્તા જાળવી રાખીને વેફર કદ વધારવાની જરૂર છે. એકીકરણ અને સહ-ડિઝાઇન: સફળ વિકાસઉચ્ચ-પ્રદર્શન મોડ્યુલેટરઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ચિપ ડિઝાઇનર્સ, EDA સપ્લાયર્સ, ફાઉન્ટ્સ અને પેકેજિંગ નિષ્ણાતોના સહયોગને સમાવિષ્ટ કરીને વ્યાપક સહ-ડિઝાઇન ક્ષમતાઓની જરૂર છે. ઉત્પાદન જટિલતા: જ્યારે સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ પ્રક્રિયાઓ અદ્યતન CMOS ઇલેક્ટ્રોનિક્સ કરતાં ઓછી જટિલ હોય છે, સ્થિર કામગીરી અને ઉપજ પ્રાપ્ત કરવા માટે નોંધપાત્ર કુશળતા અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશનની જરૂર પડે છે.

AI તેજી અને ભૂ-રાજકીય પરિબળો દ્વારા પ્રેરિત, આ ક્ષેત્રમાં વિશ્વભરની સરકારો, ઉદ્યોગો અને ખાનગી ક્ષેત્ર તરફથી રોકાણમાં વધારો થઈ રહ્યો છે, જે શિક્ષણ અને ઉદ્યોગ વચ્ચે સહયોગ માટે નવી તકો ઊભી કરી રહ્યું છે અને નવીનતાને વેગ આપવાનું વચન આપે છે.