Представяне на силициевия фотонен модулатор на Мах-ЗендMZM модулатор
TheМах-зенде модулатоr е най-важният компонент в предавателния край на 400G/800G силициеви фотонни модули. В момента има два вида модулатори в предавателния край на масово произвежданите силициеви фотонни модули: Единият тип е PAM4 модулатор, базиран на едноканален 100Gbps работен режим, който постига 800Gbps предаване на данни чрез 4-канален / 8-канален паралелен подход и се прилага главно в центрове за данни и графични процесори. Разбира се, едноканален 200Gbps силициев фотонен Mach-Zeonde модулатор, който ще се конкурира с EML след масово производство със 100Gbps, не би трябвало да е далеч. Вторият тип е...IQ модулаторприлага се в кохерентна оптична комуникация на дълги разстояния. Кохерентното потъване, споменато на настоящия етап, се отнася до разстоянието на предаване на оптични модули, вариращо от хиляди километри в градската опорна мрежа до ZR оптични модули, вариращи от 80 до 120 километра, и дори до LR оптични модули, вариращи от 10 километра в бъдеще.
Принципът на високата скоростсилициеви модулаториможе да се раздели на две части: оптика и електричество.
Оптична част: Основният принцип е интерферометър на Мах-Цойнд. Светлинен лъч преминава през делител на лъча 50-50 и се превръща в два светлинни лъча с еднаква енергия, които продължават да се предават в двете рамена на модулатора. Чрез фазов контрол на едното от рамената (т.е. коефициентът на пречупване на силиция се променя от нагревател, за да се промени скоростта на разпространение на едното рамо), окончателното комбиниране на лъчите се извършва на изхода на двете рамена. Дължината на фазата на интерференцията (където върховете на двете рамена достигат едновременно) и елиминирането на интерференцията (където фазовата разлика е 90° и върховете са срещуположни на спадовете) могат да бъдат постигнати чрез интерференция, като по този начин се модулира интензитетът на светлината (който може да се разбира като 1 и 0 в цифровите сигнали). Това е просто разбиране и също така метод за контрол на работната точка в практическата работа. Например, при комуникацията на данни работим в точка с 3dB по-ниска от пика, а при кохерентната комуникация работим при липса на светлинно петно. Този метод за контролиране на фазовата разлика чрез нагряване и разсейване на топлината за управление на изходния сигнал обаче отнема много време и просто не може да отговори на изискването ни за предаване от 100 Gpbs в секунда. Следователно, трябва да намерим начин да постигнем по-бърза скорост на модулация.
Електрическата секция се състои главно от PN преходна секция, която трябва да променя коефициента на пречупване при висока честота, и структура на електрода с пътуваща вълна, която съгласува скоростта на електрическия сигнал и оптичния сигнал. Принципът на промяна на коефициента на пречупване е ефектът на плазмена дисперсия, известен още като ефект на дисперсия на свободните носители. Той се отнася до физическия ефект, при който когато концентрацията на свободните носители в полупроводников материал се промени, реалната и имагинерната част на собствения коефициент на пречупване на материала също се променят съответно. Когато концентрацията на носителите в полупроводниковите материали се увеличи, коефициентът на поглъщане на материала се увеличава, докато реалната част на коефициента на пречупване намалява. По подобен начин, когато носителите в полупроводниковите материали намалеят, коефициентът на поглъщане намалява, докато реалната част на коефициента на пречупване се увеличава. С такъв ефект, в практически приложения, модулацията на високочестотни сигнали може да се постигне чрез регулиране на броя на носителите в предавателния вълновод. В крайна сметка, на изходната позиция се появяват сигнали 0 и 1, които натоварват високоскоростните електрически сигнали върху амплитудата на интензитета на светлината. Начинът за постигане на това е чрез PN прехода. Свободните носители на заряд в чистия силиций са много малко и промяната в количеството им е недостатъчна, за да компенсира промяната в показателя на пречупване. Следователно е необходимо да се увеличи базата на носителите в предавателния вълновод чрез легиране на силиций, за да се постигне промяна в показателя на пречупване и по този начин да се постигне по-висока скорост на модулация.
Време на публикуване: 12 май 2025 г.