وبما أن مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي تتوسع بسرعة في متطلبات عرض النطاق الترددي، فإن الاتصالات البصرية تتحرك من 400G إلى 800G، 1.6T، وحتى 3.2T.العامل المحدد لأداء جهاز الاستقبال البصري لم يعد مصادر الليزر أو تقنيات التعبئة، والذي مسؤول عن ترميز البيانات الكهربائية على الإشارات البصرية.
في حين أن الفوسفيد الإنديوم (InP) والفوتونيات السيليكونية (SiPh) قد هيمنت لفترة طويلة تكنولوجيات التحكم،كلاهما يقتربان من قيود الأداء والقدرة على التوسع في الجيل القادم من أنظمة فائقة السرعةفي هذا السياق، تظهر منصة مادة جديدة كمرشح قوي: نيوبات الليثيوم السطح الرقيق (TFLN) ، المعروف أيضا باسمنيوبات الليثيوم على عازل (LNOI).
نيوبات الليثيوم السطح الرقيق (TFLN) هو منصة تكامل فوتونية تستند إلى نيوبات الليثيوم أحادي البلور (LiNbO3) ، وهو مادة كهربائية بصرية راسخة تستخدم على نطاق واسع في التشكيل ،البصريات غير الخطية، والأجهزة الصوتية.
يستخدم نيوبات الليثيوم في الاتصالات البصرية لعقود، ولكن الأجهزة التقليدية عادة ما تكون مكونات كبيرة على نطاق سنتيمتر.الابتكار وراء TFLN يكمن في تحويل هذه المادة إلى طبقة بلورية رقيقة (من نانومتر إلى ميكرون سميكة) مدمجة على رصيف ثاني أكسيد السيليكون.
هذا الهيكل يشار إليه عادة باسم ليثيوم نيوبات على عازل (LNOI).
من خلال تقليل سمك المواد ودمجها في منصة توجيه الموجات، تسمح TFLN:
ومن المهم أن "الفيلم الرقيق" لا يعني مادة مرنة، بل لا يزال يتكون من نيوبات الليثيوم أحادي الكريستال الصلب، ولكن تم تصميمه إلى طبقة بصرية رقيقة أكثر بكثير.
في أنظمة الاتصالات البصرية ، يتم نقل المعلومات الرقمية عن طريق تعديل مصدر ليزر موجة مستمرة (CW).يحدد المنقسم البصري مدى كفاءة وسرعة تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات بصرية.
في معدلات البيانات التي تتجاوز 400G وتتجه نحو 1.6T ، تصبح متطلبات التشكيل متطلبة للغاية:
التقنيات القائمة تواجه قيود هيكلية:
المُعدّلات القائمة على InP ناضجة للغاية ويمكن أن تدمج الليزر، المُعدّلات، والكاشفات على نفس الشريحة.يصل عرض النطاق الترددي للتعديل تدريجياً إلى الحدود الفيزيائية للأنظمة ذات القناة الواحدة بعد 400G.
توفر فوتونيك السيليكون قابلية توسيع ممتازة وتوافق CMOS. ومع ذلك ، يفتقر السيليكون إلى خصائص كهربائية بصرية أصلية قوية. يعتمد التشكيل على حقن الناقل أو تأثيرات استنزاف ،والتي تفرض موازنة بين السرعة، استهلاك الطاقة، والخطية، والخسارة البصرية.
يختلف TFLN بشكل أساسي لأنه يعمل بناءً على تأثير بوكيلز (تأثير الكهربائي البصري الخطي):
المجال الكهربائي المطبق يغير مباشرة مؤشر انكسار البلور.
هذا يتيح:
ونتيجة لذلك، تعتبر TFLN بشكل متزايد تكنولوجيا تمكين رئيسية للجيل القادم من أجهزة الاستقبال البصرية فائقة السرعة.
على عكس الفوتونيات السيليكونية ، لا يتم زراعة TFLN مباشرة على الركائز السيليكونية. بدلاً من ذلك ، فإنه يعتمد على عملية هندسة نقل الطبقات التي تجمع بين نمو الكريستال وتقنيات ربط الشريحة.
يتم زراعة بلورات نيوبات الليثيوم عالية النقاء باستخدام طريقة Czochralski. ثم يتم تقطيع البلورات ويتم صياغتها إلى رقائق.
يتم زرع أيونات الهيدروجين أو الهيليوم في عمق خاضع للسيطرة داخل اللوحة، مما يشكل طبقة ضعيفة تحت السطح.
يتم ربط رقاقة نيوبات الليثيوم بثاني أكسيد السيليكون (SiO2) أو رقاقة مقبض السيليكون باستخدام تقنيات ربط الرقائق المباشرة.
يتم تطبيق المعالجة الحرارية أو الميكانيكية، مما يتسبب في انقسام اللوحة على طول الطبقة المزروعة. يتم نقل فيلم بلوري رقيق على الركيزة.
يستخدم التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) لتسهيل السطح ، تليها عمليات التصوير الصورية القياسية والحفر والمعادن والتعبئة والتغليف.
على الرغم من عملية الوعد، لا تزال هناك عدة حواجز تقنية:
من المهم توضيح أن TFLN ليست مادة مصدر ضوئي. إنها لا تولد الليزر.
بدلاً من ذلك، فإنه يعمل كطبقة تعديل كهربائي بصري عالية السرعة.
في نظام بصري نموذجي:
تعتمد معظم وحدات TFLN على هيكل Mach-Zehnder Interferometer (MZI).
هذا يسمح بتشفير البيانات الرقمية بسرعة عالية على الإشارات البصرية.
مستقبل الارتباطات الضوئية لا يتم تحديده من قبل منصة مادة واحدة، ولكن من قبل النظام البيئي متعدد المواد غير المتجانسة.
معًا، تشكل هذه التقنيات بنية فوتونية هجينة للجيل التالي من أجهزة الاستقبال البصرية.
على الرغم من مزايا الأداء القوية، لا تزال TFLN في مرحلة مبكرة من التوسع الصناعي.
لا يزال الحفاظ على سمك فيلم رقيق متساو، وكثافة عيب منخفضة، وواجهات الارتباط المستقرة تحديًا.
نيوبات الليثيوم أصعب بكثير من الحفر من السيليكون، مما يؤدي إلى خسائر التشتت الناجمة عن خشونة الجدران الجانبية.
تطابق العرقلة، ومراقبة خسائر الميكروويف، وتطابق السرعة الكهربائية البصرية هي مشاكل صياغة مشتركة معقدة من RF-photonic.
لا يزال إنتاج الارتباط، وإدارة الإجهاد الحراري، وتوحيد العمليات في طور التطور.
تتطلب الاختلافات في مؤشر الانكسار هياكل الارتباط المتقدمة مثل الموجهات الموجية الشائكة ، والارتباط الحدودي ، والارتباط المتباعد.
مع استمرار البنية التحتية للذكاء الاصطناعي في دفع حدود النطاق الترددي وكفاءة الطاقة،تطور جهاز الاستقبال البصري يتحول من تحسين المواد الواحدة إلى تعاون المواد على مستوى النظام.
لا يهدف نيوبات الليثيوم السطح الرقيق إلى استبدال InP أو فوتونيات السيليكون. بدلاً من ذلك ، تكمن قيمته في معالجة عنق الزجاجة الحرج في السلسلة البصرية:تعديل الكهربائي البصري بخسارة منخفضة
في المستقبل 1.6T، 3.2T، ومعماريات البصريات المجمعة (CPO) ،من المتوقع أن تصبح TFLN مكونًا فعالًا رئيسيًا في الأنظمة الفوتونية الهجينة، تعمل جنبًا إلى جنب مع InP وفوتونيات السيليكون لدعم الجيل القادم من الشبكات البصرية القائمة على الذكاء الاصطناعي.
وبما أن مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي تتوسع بسرعة في متطلبات عرض النطاق الترددي، فإن الاتصالات البصرية تتحرك من 400G إلى 800G، 1.6T، وحتى 3.2T.العامل المحدد لأداء جهاز الاستقبال البصري لم يعد مصادر الليزر أو تقنيات التعبئة، والذي مسؤول عن ترميز البيانات الكهربائية على الإشارات البصرية.
في حين أن الفوسفيد الإنديوم (InP) والفوتونيات السيليكونية (SiPh) قد هيمنت لفترة طويلة تكنولوجيات التحكم،كلاهما يقتربان من قيود الأداء والقدرة على التوسع في الجيل القادم من أنظمة فائقة السرعةفي هذا السياق، تظهر منصة مادة جديدة كمرشح قوي: نيوبات الليثيوم السطح الرقيق (TFLN) ، المعروف أيضا باسمنيوبات الليثيوم على عازل (LNOI).
نيوبات الليثيوم السطح الرقيق (TFLN) هو منصة تكامل فوتونية تستند إلى نيوبات الليثيوم أحادي البلور (LiNbO3) ، وهو مادة كهربائية بصرية راسخة تستخدم على نطاق واسع في التشكيل ،البصريات غير الخطية، والأجهزة الصوتية.
يستخدم نيوبات الليثيوم في الاتصالات البصرية لعقود، ولكن الأجهزة التقليدية عادة ما تكون مكونات كبيرة على نطاق سنتيمتر.الابتكار وراء TFLN يكمن في تحويل هذه المادة إلى طبقة بلورية رقيقة (من نانومتر إلى ميكرون سميكة) مدمجة على رصيف ثاني أكسيد السيليكون.
هذا الهيكل يشار إليه عادة باسم ليثيوم نيوبات على عازل (LNOI).
من خلال تقليل سمك المواد ودمجها في منصة توجيه الموجات، تسمح TFLN:
ومن المهم أن "الفيلم الرقيق" لا يعني مادة مرنة، بل لا يزال يتكون من نيوبات الليثيوم أحادي الكريستال الصلب، ولكن تم تصميمه إلى طبقة بصرية رقيقة أكثر بكثير.
في أنظمة الاتصالات البصرية ، يتم نقل المعلومات الرقمية عن طريق تعديل مصدر ليزر موجة مستمرة (CW).يحدد المنقسم البصري مدى كفاءة وسرعة تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات بصرية.
في معدلات البيانات التي تتجاوز 400G وتتجه نحو 1.6T ، تصبح متطلبات التشكيل متطلبة للغاية:
التقنيات القائمة تواجه قيود هيكلية:
المُعدّلات القائمة على InP ناضجة للغاية ويمكن أن تدمج الليزر، المُعدّلات، والكاشفات على نفس الشريحة.يصل عرض النطاق الترددي للتعديل تدريجياً إلى الحدود الفيزيائية للأنظمة ذات القناة الواحدة بعد 400G.
توفر فوتونيك السيليكون قابلية توسيع ممتازة وتوافق CMOS. ومع ذلك ، يفتقر السيليكون إلى خصائص كهربائية بصرية أصلية قوية. يعتمد التشكيل على حقن الناقل أو تأثيرات استنزاف ،والتي تفرض موازنة بين السرعة، استهلاك الطاقة، والخطية، والخسارة البصرية.
يختلف TFLN بشكل أساسي لأنه يعمل بناءً على تأثير بوكيلز (تأثير الكهربائي البصري الخطي):
المجال الكهربائي المطبق يغير مباشرة مؤشر انكسار البلور.
هذا يتيح:
ونتيجة لذلك، تعتبر TFLN بشكل متزايد تكنولوجيا تمكين رئيسية للجيل القادم من أجهزة الاستقبال البصرية فائقة السرعة.
على عكس الفوتونيات السيليكونية ، لا يتم زراعة TFLN مباشرة على الركائز السيليكونية. بدلاً من ذلك ، فإنه يعتمد على عملية هندسة نقل الطبقات التي تجمع بين نمو الكريستال وتقنيات ربط الشريحة.
يتم زراعة بلورات نيوبات الليثيوم عالية النقاء باستخدام طريقة Czochralski. ثم يتم تقطيع البلورات ويتم صياغتها إلى رقائق.
يتم زرع أيونات الهيدروجين أو الهيليوم في عمق خاضع للسيطرة داخل اللوحة، مما يشكل طبقة ضعيفة تحت السطح.
يتم ربط رقاقة نيوبات الليثيوم بثاني أكسيد السيليكون (SiO2) أو رقاقة مقبض السيليكون باستخدام تقنيات ربط الرقائق المباشرة.
يتم تطبيق المعالجة الحرارية أو الميكانيكية، مما يتسبب في انقسام اللوحة على طول الطبقة المزروعة. يتم نقل فيلم بلوري رقيق على الركيزة.
يستخدم التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) لتسهيل السطح ، تليها عمليات التصوير الصورية القياسية والحفر والمعادن والتعبئة والتغليف.
على الرغم من عملية الوعد، لا تزال هناك عدة حواجز تقنية:
من المهم توضيح أن TFLN ليست مادة مصدر ضوئي. إنها لا تولد الليزر.
بدلاً من ذلك، فإنه يعمل كطبقة تعديل كهربائي بصري عالية السرعة.
في نظام بصري نموذجي:
تعتمد معظم وحدات TFLN على هيكل Mach-Zehnder Interferometer (MZI).
هذا يسمح بتشفير البيانات الرقمية بسرعة عالية على الإشارات البصرية.
مستقبل الارتباطات الضوئية لا يتم تحديده من قبل منصة مادة واحدة، ولكن من قبل النظام البيئي متعدد المواد غير المتجانسة.
معًا، تشكل هذه التقنيات بنية فوتونية هجينة للجيل التالي من أجهزة الاستقبال البصرية.
على الرغم من مزايا الأداء القوية، لا تزال TFLN في مرحلة مبكرة من التوسع الصناعي.
لا يزال الحفاظ على سمك فيلم رقيق متساو، وكثافة عيب منخفضة، وواجهات الارتباط المستقرة تحديًا.
نيوبات الليثيوم أصعب بكثير من الحفر من السيليكون، مما يؤدي إلى خسائر التشتت الناجمة عن خشونة الجدران الجانبية.
تطابق العرقلة، ومراقبة خسائر الميكروويف، وتطابق السرعة الكهربائية البصرية هي مشاكل صياغة مشتركة معقدة من RF-photonic.
لا يزال إنتاج الارتباط، وإدارة الإجهاد الحراري، وتوحيد العمليات في طور التطور.
تتطلب الاختلافات في مؤشر الانكسار هياكل الارتباط المتقدمة مثل الموجهات الموجية الشائكة ، والارتباط الحدودي ، والارتباط المتباعد.
مع استمرار البنية التحتية للذكاء الاصطناعي في دفع حدود النطاق الترددي وكفاءة الطاقة،تطور جهاز الاستقبال البصري يتحول من تحسين المواد الواحدة إلى تعاون المواد على مستوى النظام.
لا يهدف نيوبات الليثيوم السطح الرقيق إلى استبدال InP أو فوتونيات السيليكون. بدلاً من ذلك ، تكمن قيمته في معالجة عنق الزجاجة الحرج في السلسلة البصرية:تعديل الكهربائي البصري بخسارة منخفضة
في المستقبل 1.6T، 3.2T، ومعماريات البصريات المجمعة (CPO) ،من المتوقع أن تصبح TFLN مكونًا فعالًا رئيسيًا في الأنظمة الفوتونية الهجينة، تعمل جنبًا إلى جنب مع InP وفوتونيات السيليكون لدعم الجيل القادم من الشبكات البصرية القائمة على الذكاء الاصطناعي.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
Türkçe
polski