इलेक्ट्रो ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर का भविष्य

भविष्य काइलेक्ट्रो ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर

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

चित्र 1: विभिन्न मॉडलों के प्रदर्शन की तुलनाऑप्टिकल मॉड्यूलेटरइंसर्शन लॉस, बैंडविड्थ, बिजली की खपत, आकार और विनिर्माण क्षमता के संदर्भ में थिन फिल्म लिथियम नायोबेट (टीएफएलएन), III-V इलेक्ट्रिकल एब्जॉर्प्शन मॉड्यूलेटर (ईएएम), सिलिकॉन-आधारित और पॉलिमर मॉड्यूलेटर सहित प्रौद्योगिकियों की तुलना की गई।

परंपरागत सिलिकॉन-आधारित इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉड्यूलेटर और उनकी सीमाएँ

सिलिकॉन-आधारित फोटोइलेक्ट्रिक लाइट मॉड्यूलेटर कई वर्षों से ऑप्टिकल संचार प्रणालियों का आधार रहे हैं। प्लाज्मा फैलाव प्रभाव पर आधारित, इन उपकरणों ने पिछले 25 वर्षों में उल्लेखनीय प्रगति की है, जिससे डेटा स्थानांतरण दर में तीन गुना वृद्धि हुई है। आधुनिक सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूलेटर 224 Gb/s तक की 4-स्तरीय पल्स आयाम मॉड्यूलेशन (PAM4) और PAM8 मॉड्यूलेशन के साथ 300 Gb/s से भी अधिक गति प्राप्त कर सकते हैं।

हालांकि, सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूलेटरों को भौतिक गुणों से संबंधित मूलभूत सीमाओं का सामना करना पड़ता है। जब ऑप्टिकल ट्रांससीवरों को 200+ गीगाहड से अधिक बॉड दर की आवश्यकता होती है, तो इन उपकरणों की बैंडविड्थ इस मांग को पूरा करने में असमर्थ होती है। यह सीमा सिलिकॉन के अंतर्निहित गुणों से उत्पन्न होती है - पर्याप्त चालकता बनाए रखते हुए अत्यधिक प्रकाश हानि से बचने के बीच संतुलन बनाए रखना अपरिहार्य समझौता है।

उभरती हुई मॉड्युलेटर प्रौद्योगिकी और सामग्री

परंपरागत सिलिकॉन-आधारित मॉड्युलेटरों की सीमाओं ने वैकल्पिक सामग्रियों और एकीकरण प्रौद्योगिकियों पर शोध को बढ़ावा दिया है। पतली फिल्म लिथियम नायोबेट नई पीढ़ी के मॉड्युलेटरों के लिए सबसे आशाजनक प्लेटफार्मों में से एक बन गया है।पतली फिल्म लिथियम नायोबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटरबल्क लिथियम नायोबेट की उत्कृष्ट विशेषताओं को विरासत में प्राप्त करता है, जिनमें शामिल हैं: चौड़ी पारदर्शी खिड़की, उच्च इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक (r33 = 31 pm/V), रैखिक सेल, केर्स प्रभाव, कई तरंगदैर्ध्य श्रेणियों में काम कर सकता है।

थिन फिल्म लिथियम नायोबेट तकनीक में हालिया प्रगति ने उल्लेखनीय परिणाम दिए हैं, जिनमें 260 गीगाहॉड पर संचालित होने वाला एक मॉड्यूलेटर शामिल है, जिसकी डेटा दर प्रति चैनल 1.96 टीबी/सेकंड है। इस प्लेटफॉर्म में CMOS-संगत ड्राइव वोल्टेज और 100 GHz की 3-डीबी बैंडविड्थ जैसे अद्वितीय लाभ हैं।

उभरती प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग

इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का विकास कई क्षेत्रों में उभरते अनुप्रयोगों से निकटता से संबंधित है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता और डेटा केंद्रों के क्षेत्र में,उच्च गति मॉड्यूलेटरअगली पीढ़ी के अंतर्संबंधों के लिए मॉड्यूलेटर तकनीक महत्वपूर्ण है, और एआई कंप्यूटिंग अनुप्रयोग 800G और 1.6T प्लगेबल ट्रांससीवर की मांग को बढ़ा रहे हैं। मॉड्यूलेटर तकनीक का उपयोग क्वांटम सूचना प्रसंस्करण, न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग, आवृत्ति मॉड्यूलेटेड निरंतर तरंग (FMCW), लिडार, माइक्रोवेव फोटॉन तकनीक में भी किया जाता है।

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

अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉड्यूलेटरों के विकास में कई प्रमुख चुनौतियाँ हैं: उत्पादन लागत और पैमाना: पतली-फिल्म लिथियम नायोबेट मॉड्यूलेटर वर्तमान में 150 मिमी वेफर उत्पादन तक सीमित हैं, जिसके परिणामस्वरूप लागत अधिक होती है। उद्योग को फिल्म की एकरूपता और गुणवत्ता बनाए रखते हुए वेफर का आकार बढ़ाने की आवश्यकता है। एकीकरण और सह-डिजाइन: सफल विकासउच्च-प्रदर्शन मॉड्यूलेटरइसके लिए व्यापक सह-डिजाइन क्षमताओं की आवश्यकता होती है, जिसमें ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक चिप डिजाइनरों, ईडीए आपूर्तिकर्ताओं, फाउंट्स और पैकेजिंग विशेषज्ञों का सहयोग शामिल होता है। विनिर्माण जटिलता: हालांकि सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रक्रियाएं उन्नत सीएमओएस इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में कम जटिल हैं, स्थिर प्रदर्शन और उत्पादन प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण विशेषज्ञता और विनिर्माण प्रक्रिया अनुकूलन की आवश्यकता होती है।

कृत्रिम बुद्धिमत्ता में आए उछाल और भू-राजनीतिक कारकों से प्रेरित होकर, इस क्षेत्र में दुनिया भर की सरकारों, उद्योगों और निजी क्षेत्रों से निवेश में वृद्धि हो रही है, जिससे शिक्षा जगत और उद्योग के बीच सहयोग के नए अवसर पैदा हो रहे हैं और नवाचार को गति देने का वादा किया जा रहा है।