इलेक्ट्रो ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर का भविष्य

का भविष्यइलेक्ट्रो ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर

इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर आधुनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में एक केंद्रीय भूमिका निभाते हैं, और प्रकाश के गुणों को नियंत्रित करके संचार से लेकर क्वांटम कंप्यूटिंग तक कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। यह शोधपत्र इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर तकनीक की वर्तमान स्थिति, नवीनतम सफलता और भविष्य के विकास पर चर्चा करता है।

चित्र 1: विभिन्न का प्रदर्शन तुलनाऑप्टिकल मॉड्यूलेटरप्रौद्योगिकियाँ, जिनमें पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (टीएफएलएन), III-V विद्युत अवशोषण मॉड्यूलेटर (ईएएम), सिलिकॉन-आधारित और पॉलिमर मॉड्यूलेटर शामिल हैं, सम्मिलन हानि, बैंडविड्थ, बिजली की खपत, आकार और विनिर्माण क्षमता के संदर्भ में।

पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉड्यूलेटर और उनकी सीमाएँ

सिलिकॉन-आधारित प्रकाश-विद्युत प्रकाश मॉड्युलेटर कई वर्षों से प्रकाशीय संचार प्रणालियों का आधार रहे हैं। प्लाज़्मा विक्षेपण प्रभाव पर आधारित, ऐसे उपकरणों ने पिछले 25 वर्षों में उल्लेखनीय प्रगति की है, जिससे डेटा स्थानांतरण दर में तीन गुना वृद्धि हुई है। आधुनिक सिलिकॉन-आधारित मॉड्युलेटर 224 Gb/s तक का 4-स्तरीय पल्स आयाम मॉड्युलेशन (PAM4) और PAM8 मॉड्युलेशन के साथ 300 Gb/s से भी अधिक की गति प्राप्त कर सकते हैं।

हालाँकि, सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूलेटरों को भौतिक गुणों से जुड़ी मूलभूत सीमाओं का सामना करना पड़ता है। जब ऑप्टिकल ट्रांसीवर्स को 200+ Gbaud से अधिक बॉड दरों की आवश्यकता होती है, तो इन उपकरणों की बैंडविड्थ इस माँग को पूरा करना मुश्किल हो जाता है। यह सीमा सिलिकॉन के अंतर्निहित गुणों से उत्पन्न होती है - अत्यधिक प्रकाश हानि से बचने और पर्याप्त चालकता बनाए रखने के बीच का संतुलन अपरिहार्य समझौते पैदा करता है।

उभरती हुई मॉड्यूलेटर तकनीक और सामग्री

पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूलेटरों की सीमाओं ने वैकल्पिक सामग्रियों और एकीकरण तकनीकों पर शोध को प्रेरित किया है। पतली फिल्म लिथियम नियोबेट नई पीढ़ी के मॉड्यूलेटरों के लिए सबसे आशाजनक प्लेटफार्मों में से एक बन गया है।पतली फिल्म लिथियम नियोबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटरथोक लिथियम नियोबेट की उत्कृष्ट विशेषताओं को प्राप्त करें, जिनमें शामिल हैं: विस्तृत पारदर्शी खिड़की, बड़ा इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक (r33 = 31 pm/V) रैखिक सेल केर्र प्रभाव कई तरंगदैर्ध्य श्रेणियों में काम कर सकता है

पतली फिल्म लिथियम नियोबेट तकनीक में हालिया प्रगति ने उल्लेखनीय परिणाम दिए हैं, जिनमें 260 Gbaud पर 1.96 Tb/s प्रति चैनल की डेटा दर पर संचालित एक मॉड्यूलेटर भी शामिल है। इस प्लेटफ़ॉर्म के अनूठे लाभ हैं जैसे CMOS-संगत ड्राइव वोल्टेज और 100 GHz की 3-dB बैंडविड्थ।

उभरती हुई प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग

इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का विकास कई क्षेत्रों में उभरते अनुप्रयोगों से निकटता से जुड़ा हुआ है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता और डेटा केंद्रों के क्षेत्र में,उच्च गति मॉड्यूलेटरअगली पीढ़ी के अंतर्संबंधों के लिए महत्वपूर्ण हैं, और AI कंप्यूटिंग अनुप्रयोग 800G और 1.6T प्लगेबल ट्रांसीवर्स की मांग को बढ़ा रहे हैं। मॉड्यूलेटर तकनीक का उपयोग निम्नलिखित क्षेत्रों में भी किया जाता है: क्वांटम सूचना प्रसंस्करण, न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग, फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेटेड कंटीन्यूअस वेव (FMCW), लिडार, माइक्रोवेव फोटॉन तकनीक।

विशेष रूप से, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर ऑप्टिकल कम्प्यूटेशनल प्रोसेसिंग इंजनों में अपनी क्षमता प्रदर्शित करते हैं, जो तेज़, कम-शक्ति मॉड्यूलेशन प्रदान करते हैं जिससे मशीन लर्निंग और कृत्रिम बुद्धिमत्ता अनुप्रयोगों में तेज़ी आती है। ऐसे मॉड्यूलेटर कम तापमान पर भी काम कर सकते हैं और अतिचालक रेखाओं में क्वांटम-क्लासिकल इंटरफेस के लिए उपयुक्त हैं।

अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर के विकास में कई बड़ी चुनौतियाँ हैं: उत्पादन लागत और पैमाना: पतली फिल्म वाले लिथियम नियोबेट मॉड्यूलेटर वर्तमान में 150 मिमी वेफर उत्पादन तक सीमित हैं, जिसके परिणामस्वरूप लागत बढ़ जाती है। उद्योग को फिल्म की एकरूपता और गुणवत्ता बनाए रखते हुए वेफर के आकार का विस्तार करने की आवश्यकता है। एकीकरण और सह-डिज़ाइन: का सफल विकासउच्च-प्रदर्शन मॉड्यूलेटरइसके लिए व्यापक सह-डिज़ाइन क्षमताओं की आवश्यकता होती है, जिसमें ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक चिप डिज़ाइनरों, ईडीए आपूर्तिकर्ताओं, फ़ाउंट्स और पैकेजिंग विशेषज्ञों का सहयोग शामिल होता है। विनिर्माण जटिलता: हालाँकि सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रक्रियाएँ उन्नत सीएमओएस इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में कम जटिल हैं, फिर भी स्थिर प्रदर्शन और उपज प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण विशेषज्ञता और विनिर्माण प्रक्रिया अनुकूलन की आवश्यकता होती है।

एआई बूम और भू-राजनीतिक कारकों से प्रेरित होकर, इस क्षेत्र में दुनिया भर की सरकारों, उद्योग और निजी क्षेत्र से निवेश बढ़ रहा है, जिससे शिक्षा और उद्योग के बीच सहयोग के नए अवसर पैदा हो रहे हैं और नवाचार में तेजी आने की उम्मीद है।