Perkenalkan modulator fotonik silikon Mach-Zende modulator MZM

Perkenalkan modulator fotonik silikon Mach-ZendeModulator MZM

ItuModulasi Mach-zender adalah komponen terpenting di ujung pemancar dalam modul fotonik silikon 400G/800G. Saat ini, terdapat dua jenis modulator di ujung pemancar modul fotonik silikon yang diproduksi secara massal: Satu jenis adalah modulator PAM4 berdasarkan mode kerja 100Gbps saluran tunggal, yang mencapai transmisi data 800Gbps melalui pendekatan paralel 4 saluran/8 saluran dan terutama diterapkan di pusat data dan GPU. Tentu saja, modulator fotonik silikon Mach-Zeonde 200Gbps saluran tunggal yang akan bersaing dengan EML setelah produksi massal pada 100Gbps seharusnya tidak jauh 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-zeund. Seberkas cahaya melewati pemisah berkas 50-50 dan menjadi dua berkas cahaya dengan energi yang sama, yang terus ditransmisikan di kedua lengan modulator. Dengan kontrol fase pada salah satu lengan (yaitu, indeks bias silikon diubah oleh pemanas untuk mengubah kecepatan perambatan satu lengan), kombinasi berkas akhir dilakukan di pintu keluar 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 palung) dapat dicapai melalui interferensi, dengan demikian 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 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 kami untuk mentransmisikan 100Gbps per detik. Oleh karena itu, kami harus menemukan cara untuk mencapai laju modulasi yang lebih cepat.

Bagian listrik 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, 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 penyerapan bahan meningkat sementara bagian riil indeks bias menurun. Demikian pula, ketika pembawa dalam bahan semikonduktor menurun, koefisien penyerapan menurun sementara bagian riil indeks bias meningkat. Dengan efek seperti itu, dalam aplikasi praktis, modulasi sinyal frekuensi tinggi dapat dicapai dengan mengatur jumlah pembawa dalam pemandu gelombang transmisi. Akhirnya, sinyal 0 dan 1 muncul pada posisi keluaran, memuat sinyal listrik berkecepatan tinggi ke amplitudo intensitas cahaya. Cara untuk mencapainya adalah melalui sambungan PN. Pembawa bebas silikon murni sangat sedikit, dan perubahan kuantitas tidak cukup untuk memenuhi perubahan indeks bias. Oleh karena itu, perlu untuk meningkatkan basis pembawa dalam pemandu gelombang transmisi dengan mendoping silikon untuk mencapai perubahan indeks bias, sehingga mencapai modulasi tingkat yang lebih tinggi.