Memperkenalkan modulator fotonik silikon Mach-ZehnderModulator MZM
Modulator Mach-Zehnder merupakan komponen terpenting di ujung pemancar modul fotonik silikon 400G/800G. Saat ini, terdapat dua jenis modulator di ujung pemancar modul fotonik silikon yang diproduksi secara massal: Salah satu jenisnya adalah modulator PAM4 yang berbasis mode kerja 100Gbps kanal tunggal, yang mencapai transmisi data 800Gbps melalui pendekatan paralel 4/8 kanal dan terutama diterapkan di pusat data dan GPU. Tentu saja, modulator Mach-Zehnder fotonik silikon 200Gbps kanal tunggal yang akan bersaing dengan EML setelah produksi massal pada 100Gbps seharusnya tidak lama lagi. Jenis kedua adalahModulator IQditerapkan dalam komunikasi optik koheren jarak jauh. Penurunan koheren yang disebutkan pada tahap ini mengacu 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 pembagi berkas 50-50 dan menjadi dua berkas cahaya dengan energi yang sama, yang kemudian ditransmisikan di kedua lengan modulator. Dengan kontrol fase pada salah satu lengan (yaitu, indeks bias silikon diubah oleh pemanas untuk mengubah kecepatan rambat salah satu lengan), kombinasi berkas akhir dilakukan di ujung kedua lengan. Panjang fase interferensi (di mana puncak kedua lengan mencapai secara bersamaan) dan pembatalan interferensi (di mana beda fase adalah 90° dan puncak berlawanan dengan palung) 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 praktik. Misalnya, dalam komunikasi data, kita bekerja pada titik 3dB lebih rendah dari puncak, dan dalam komunikasi koheren, kita bekerja tanpa titik cahaya. Namun, metode pengendalian perbedaan fase melalui pemanasan dan pembuangan panas untuk mengendalikan sinyal keluaran ini membutuhkan waktu yang sangat lama dan tidak dapat memenuhi persyaratan transmisi 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 menyesuaikan kecepatan sinyal listrik dan sinyal optik. Prinsip perubahan indeks bias adalah efek dispersi plasma, yang juga dikenal sebagai efek dispersi pembawa bebas. Efek ini mengacu pada efek fisik ketika konsentrasi pembawa bebas dalam bahan semikonduktor berubah, bagian riil dan imajiner dari indeks bias bahan itu sendiri juga berubah. Ketika konsentrasi pembawa dalam bahan semikonduktor meningkat, koefisien serapan bahan meningkat sementara bagian riil indeks bias menurun. Demikian pula, ketika pembawa dalam bahan semikonduktor menurun, koefisien serapan menurun sementara bagian riil indeks bias meningkat. Dengan efek ini, dalam aplikasi praktis, modulasi sinyal frekuensi tinggi dapat dicapai dengan mengatur jumlah pembawa dalam pandu gelombang transmisi. Akhirnya, sinyal 0 dan 1 muncul pada posisi keluaran, memuat sinyal listrik berkecepatan tinggi ke amplitudo intensitas cahaya. Cara untuk mencapai hal ini adalah melalui sambungan PN. Pembawa bebas silikon murni sangat sedikit, dan perubahan kuantitasnya tidak cukup untuk mengimbangi perubahan indeks bias. Oleh karena itu, perlu dilakukan peningkatan basis pembawa pada pandu gelombang transmisi dengan mendoping silikon untuk mencapai perubahan indeks bias, sehingga menghasilkan modulasi dengan laju yang lebih tinggi.
Waktu posting: 12 Mei 2025