Osnovna tehnologija za optičke podatkovne komunikacije, senzore i umjetnu inteligenciju udara u vjetar

Tijekom desetljeća razvoj silicijevih fotonskih modulatora – tehnološki naprednih uređaja koji omogućuju manipulaciju svojstvima svjetla – otkrio je potencijal u raznim mrežnim i komunikacijskim aplikacijama, ali nedavni istraživački program otkrio je da se takvi uređaji trenutačno suočavaju s ograničenjima propusnosti i problemima operativne robusnosti koji proizlaze iz temeljna svojstva silicija i druga praktična ograničenja.

Optički i fotonski modulatori su tehnološki napredni uređaji koji omogućuju manipulaciju svojstvima svjetla – kao što su snaga i faza – na temelju ulaznih signala. Tijekom proteklih nekoliko desetljeća, istraživački i razvojni programi istaknuli su kako bi se silicijski fotonski modulatori mogli koristiti u optičkoj komunikaciji podataka, senzorima, biomedicinskim tehnologijama, automobilskim sustavima, astronomiji, zrakoplovstvu i umjetnoj inteligenciji (AI).

Ipak, studija – Budućnost optičke modulacijeobjavljeno u IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics – primijetio je da se napredak u fotonskim modulatorima, iako obećavajući, suočava s izazovima poput visokih troškova, neujednačenosti i nedostatka standardiziranih procesa, zbog čega je potrebna suradnja između akademske zajednice, industrije i globalnih dionika za poticanje inovacija, kao i potreba za istraživanjem alternativa izvan tradicionalnih platformi .

Stručnjaci citirani u izvješću naglasili su nužnost prelaska s onu stranu tradicionalnih platformi kao što su masovni silicij, indijev fosfid i konvencionalni LiNbO₃. Napomenuli su da je raznolikost u korištenim materijalima, procesima izrade i dizajnu fotonskih integriranih krugova ključni pokretač inovacija u ovom području. Ovaj pomak dovodi do razvoja novih modulatorskih materijala, konfiguracija i integracijskih tehnologija.

Očekuje se da će ovi novi razvoji značajno utjecati na brojne aplikacije sljedeće generacije u nastajanju, poput onih u podatkovnim centrima, umjetnoj inteligenciji, kvantnoj obradi informacija, proširenoj i virtualnoj stvarnosti, neuromorfnom računalstvu, frekvencijski moduliranom detekciji kontinuiranog valnog svjetla i rangiranju (Lidar), mikrovalnoj fotonici , kao i mjeriteljstvo i spektroskopija. Osobito tankoslojni LiNbO₃ modulatori pokazuju obećanje za kvantno-klasična sučelja u supravodljivim krugovima.

Ipak, stručnjaci su primijetili i nekoliko izazova kojima se treba pozabaviti, uključujući tehnološka uska grla, visoke proizvodne troškove, neujednačenost uređaja, znatna ulaganja vremena, nedostatak standardiziranih postupaka i još mnogo toga. Prevladavanje ovih problema zahtijeva razvoj sveobuhvatne sposobnosti zajedničkog dizajna i platforme, što zahtijeva suradnju između dizajnera fotonskih i električnih čipova, dobavljača, ljevaonica i pružatelja usluga pakiranja i testiranja.

“Neviđeni porast AI i trenutna globalna geopolitička situacija doveli su do povećanja ulaganja u poluvodičku tehnologiju od strane vlada, industrija i privatnog sektora u svim glavnim gospodarskim regijama u svijetu”, rekao je Di Liang, profesor na Sveučilištu u Michiganu. “To je rezultiralo s više mogućnosti financiranja za suradnju između akademske zajednice i industrije. Nadilazeći tehničke i interesne prepreke između ovih sektora i pripremajući mlade umove za izazove koji dolaze, možemo osigurati kontinuirani protok inovacija kako bismo potaknuli tehnologiju naprijed.”