Memperkenalkan modulator Mach-Zehnder fotonik silikon (MZM modulator).

Memperkenalkan modulator Mach-Zehnder fotonik silikon.Modulator MZM

Modulator Mach-Zehnder adalah komponen terpenting di sisi pemancar pada modul fotonik silikon 400G/800G. Saat ini, terdapat dua jenis modulator di sisi pemancar modul fotonik silikon yang diproduksi massal: Jenis pertama adalah modulator PAM4 yang berbasis pada mode kerja saluran tunggal 100Gbps, yang mencapai transmisi data 800Gbps melalui pendekatan paralel 4-saluran/8-saluran dan terutama diterapkan di pusat data dan GPU. Tentu saja, modulator Mach-Zehnder fotonik silikon saluran tunggal 200Gbps yang akan bersaing dengan EML setelah produksi massal pada 100Gbps seharusnya tidak lama lagi akan hadir. Jenis kedua adalah...Modulator IQDiterapkan dalam komunikasi optik koheren jarak jauh. Istilah "koheren sinking" yang disebutkan pada tahap ini merujuk pada jarak transmisi modul optik yang berkisar dari ribuan kilometer di jaringan tulang punggung metropolitan hingga modul optik ZR yang berkisar dari 80 hingga 120 kilometer, dan bahkan hingga modul optik LR yang berkisar dari 10 kilometer di masa mendatang.

Prinsip kecepatan tinggimodulator silikondapat dibagi menjadi dua bagian: optik dan listrik.

Bagian optik: Prinsip dasarnya adalah interferometer Mach-Zehnder. Seberkas cahaya melewati pemisah berkas 50-50 dan menjadi dua berkas cahaya dengan energi yang sama, yang kemudian ditransmisikan ke dua lengan modulator. Dengan kontrol fase pada salah satu lengan (yaitu, indeks bias silikon diubah oleh pemanas untuk mengubah kecepatan perambatan salah satu lengan), kombinasi berkas akhir dilakukan di keluaran kedua lengan. Panjang fase interferensi (di mana puncak kedua lengan mencapai secara bersamaan) dan pembatalan interferensi (di mana perbedaan fase adalah 90° dan puncak berlawanan dengan lembah) dapat dicapai melalui interferensi, sehingga memodulasi intensitas cahaya (yang dapat dipahami sebagai 1 dan 0 dalam sinyal digital). Ini adalah pemahaman sederhana dan juga metode kontrol untuk titik kerja dalam pekerjaan praktis. Misalnya, dalam komunikasi data, kita bekerja pada titik 3dB lebih rendah dari puncak, dan dalam komunikasi koheren, kita bekerja pada titik tanpa titik cahaya. Namun, metode pengendalian perbedaan fasa melalui pemanasan dan pembuangan panas untuk mengontrol sinyal keluaran ini membutuhkan waktu yang sangat lama dan tidak dapat memenuhi persyaratan kami untuk mentransmisikan 100 Gbps per detik. Oleh karena itu, kita harus menemukan cara untuk mencapai laju modulasi yang lebih cepat.

Bagian kelistrikan terutama terdiri dari bagian sambungan PN yang perlu mengubah indeks bias pada frekuensi tinggi, dan struktur elektroda gelombang berjalan yang sesuai dengan kecepatan sinyal listrik dan sinyal optik. Prinsip perubahan indeks bias adalah efek dispersi plasma, juga dikenal sebagai efek dispersi pembawa bebas. Ini mengacu pada efek fisik bahwa ketika konsentrasi pembawa bebas dalam material semikonduktor berubah, bagian riil dan imajiner dari indeks bias material itu sendiri juga berubah sesuai. Ketika konsentrasi pembawa dalam material semikonduktor meningkat, koefisien absorpsi material meningkat sementara bagian riil dari indeks bias menurun. Demikian pula, ketika pembawa dalam material semikonduktor menurun, koefisien absorpsi menurun sementara bagian riil dari indeks bias meningkat. Dengan efek seperti itu, dalam aplikasi praktis, modulasi sinyal frekuensi tinggi dapat dicapai dengan mengatur jumlah pembawa dalam pandu gelombang transmisi. Akhirnya, sinyal 0 dan 1 muncul di posisi keluaran, memuat sinyal listrik berkecepatan tinggi ke amplitudo intensitas cahaya. Cara untuk mencapai ini adalah melalui sambungan PN. Jumlah pembawa muatan bebas pada silikon murni sangat sedikit, dan perubahan jumlahnya tidak cukup untuk memenuhi perubahan indeks bias. Oleh karena itu, perlu untuk meningkatkan basis pembawa muatan dalam pandu gelombang transmisi dengan mendoping silikon untuk mencapai perubahan indeks bias, sehingga menghasilkan modulasi laju yang lebih tinggi.