Introduser den silisiumfotoniske Mach-Zende-modulatorenMZM-modulator
DeMach-zende modulator er den viktigste komponenten i senderenden i 400G/800G silisiumfotoniske moduler. For tiden finnes det to typer modulatorer i senderenden av masseproduserte silisiumfotoniske moduler: Den ene typen er PAM4-modulatoren basert på en enkanals 100 Gbps arbeidsmodus, som oppnår 800 Gbps dataoverføring gjennom en 4-kanals/8-kanals parallell tilnærming og brukes hovedsakelig i datasentre og GPU-er. En enkanals 200 Gbps silisiumfotonisk Mach-Zeonde-modulator som vil konkurrere med EML etter masseproduksjon på 100 Gbps, burde selvfølgelig ikke være langt unna. Den andre typen erIQ-modulatoranvendt i koherent optisk kommunikasjon over lange avstander. Den koherente synkingen som er nevnt på nåværende stadium refererer til overføringsavstanden for optiske moduler som strekker seg fra tusenvis av kilometer i det storbymessige stamnettet til ZR-optiske moduler som strekker seg fra 80 til 120 kilometer, og til og med til LR-optiske moduler som strekker seg fra 10 kilometer i fremtiden.
Prinsippet for høyhastighetsilisiummodulatorerkan deles inn i to deler: optikk og elektrisitet.
Optisk del: Grunnprinsippet er et Mach-Zeund-interferometer. En lysstråle passerer gjennom en 50-50 stråledeler og blir til to lysstråler med lik energi, som fortsetter å bli overført i de to armene på modulatoren. Ved fasekontroll på den ene armene (det vil si at brytningsindeksen til silisium endres av en varmeelement for å endre forplantningshastigheten til den ene armen), utføres den endelige strålekombinasjonen ved utgangen av begge armene. Interferensfaselengde (der toppene på begge armene når samtidig) og interferenskansellering (der faseforskjellen er 90° og toppene er motsatt av bunnene) kan oppnås gjennom interferens, og dermed modulere lysintensiteten (som kan forstås som 1 og 0 i digitale signaler). Dette er en enkel forståelse og også en kontrollmetode for arbeidspunktet i praktisk arbeid. For eksempel, i datakommunikasjon, jobber vi på et punkt 3dB lavere enn toppen, og i koherent kommunikasjon jobber vi på et punkt uten lyspunkt. Denne metoden for å kontrollere faseforskjellen gjennom oppvarming og varmespredning for å kontrollere utgangssignalet tar imidlertid svært lang tid og kan rett og slett ikke oppfylle kravet vårt om å overføre 100 Gbps per sekund. Derfor må vi finne en måte å oppnå en raskere modulasjonshastighet.
Den elektriske delen består hovedsakelig av PN-overgangen som må endre brytningsindeksen ved høy frekvens, og den vandrende bølgeelektrodestrukturen som samsvarer med hastigheten til det elektriske signalet og det optiske signalet. Prinsippet for å endre brytningsindeksen er plasmadispersjonseffekten, også kjent som fribærerdispersjonseffekten. Det refererer til den fysiske effekten at når konsentrasjonen av frie bærere i et halvledermateriale endres, endres også den reelle og imaginære delen av materialets egen brytningsindeks tilsvarende. Når bærerkonsentrasjonen i halvledermaterialer øker, øker materialets absorpsjonskoeffisient mens den reelle delen av brytningsindeksen reduseres. På samme måte, når bærerne i halvledermaterialer reduseres, reduseres absorpsjonskoeffisienten mens den reelle delen av brytningsindeksen øker. Med en slik effekt kan modulering av høyfrekvente signaler i praktiske anvendelser oppnås ved å regulere antall bærere i transmisjonsbølgelederen. Til slutt dukker 0- og 1-signaler opp ved utgangsposisjonen, og laster høyhastighets elektriske signaler på amplituden til lysintensiteten. Måten å oppnå dette på er gjennom PN-overgangen. De frie bærerne av rent silisium er svært få, og endringen i mengde er ikke tilstrekkelig til å dekke endringen i brytningsindeks. Derfor er det nødvendig å øke bærerbasen i transmisjonsbølgelederen ved å dope silisium for å oppnå endringen i brytningsindeks, og dermed oppnå høyere hastighetsmodulasjon.
Publiseringstid: 12. mai 2025