Introducera den kiselfotoniska Mach-Zende-modulatornMZM-modulator
DeMach-zende modulator är den viktigaste komponenten vid sändaränden i 400G/800G kiselfotoniska moduler. För närvarande finns det två typer av modulatorer vid sändaränden av massproducerade kiselfotoniska moduler: En typ är PAM4-modulatorn baserad på ett enkanaligt 100 Gbps arbetsläge, vilket uppnår 800 Gbps dataöverföring genom en 4-kanalig/8-kanalig parallell metod och används huvudsakligen i datacenter och grafikkort. Naturligtvis borde en enkanalig 200 Gbps kiselfotonik Mach-Zeonde-modulator som kommer att konkurrera med EML efter massproduktion vid 100 Gbps inte vara långt borta. Den andra typen ärIQ-modulatortillämpas i koherent optisk kommunikation över långa avstånd. Den koherenta sänkningen som nämns i nuvarande skede avser överföringsavståndet för optiska moduler som sträcker sig från tusentals kilometer i det storstadsbaserade stamnätet till ZR-optiska moduler som sträcker sig från 80 till 120 kilometer, och till och med till LR-optiska moduler som sträcker sig från 10 kilometer i framtiden.
Principen för hög hastighetkiselmodulatorerkan delas in i två delar: optik och elektricitet.
Optisk del: Grundprincipen är en Mach-Zeund-interferometer. En ljusstråle passerar genom en 50-50 stråldelare och blir två ljusstrålar med lika stor energi, som fortsätter att överföras i modulatorns två armar. Genom faskontroll på en av armarna (det vill säga att kiselns brytningsindex ändras av en värmare för att ändra utbredningshastigheten för en arm) utförs den slutliga strålkombinationen vid utgången av båda armarna. Interferensfaslängd (där topparna på båda armarna når samtidigt) och interferensutjämning (där fasskillnaden är 90° och topparna är mittemot dalarna) kan uppnås genom interferens, varigenom ljusintensiteten moduleras (vilket kan förstås som 1 och 0 i digitala signaler). Detta är en enkel förståelse och även en kontrollmetod för arbetspunkten i praktiskt arbete. Till exempel, i datakommunikation arbetar vi vid en punkt 3dB lägre än toppen, och i koherent kommunikation arbetar vi vid ingen ljuspunkt. Denna metod för att kontrollera fasskillnaden genom uppvärmning och värmeavledning för att styra utsignalen tar dock mycket lång tid och kan helt enkelt inte uppfylla vårt krav på att överföra 100 Gbps per sekund. Därför måste vi hitta ett sätt att uppnå en snabbare moduleringshastighet.
Den elektriska sektionen består huvudsakligen av PN-övergångssektionen som behöver ändra brytningsindex vid hög frekvens, och den vandringsvågelektrodstruktur som matchar hastigheten hos den elektriska signalen och den optiska signalen. Principen för att ändra brytningsindex är plasmadispersionseffekten, även känd som fribärardispersionseffekten. Den hänvisar till den fysikaliska effekten att när koncentrationen av fria bärare i ett halvledarmaterial ändras, ändras även de reala och imaginära delarna av materialets eget brytningsindex i enlighet därmed. När bärarkoncentrationen i halvledarmaterial ökar ökar materialets absorptionskoefficient medan den reala delen av brytningsindex minskar. På samma sätt, när bärarkoncentrationen i halvledarmaterial minskar, minskar absorptionskoefficienten medan den reala delen av brytningsindex ökar. Med en sådan effekt kan modulering av högfrekventa signaler i praktiska tillämpningar uppnås genom att reglera antalet bärare i transmissionsvågledaren. Så småningom uppträder 0- och 1-signaler vid utgångspositionen, vilket laddar höghastighetselektriska signaler på ljusintensitetens amplitud. Sättet att uppnå detta är genom PN-övergången. De fria bärarna av ren kisel är mycket få, och förändringen i kvantitet är otillräcklig för att möta förändringen i brytningsindex. Därför är det nödvändigt att öka bärarbasen i transmissionsvågledaren genom att dopa kisel för att uppnå förändringen i brytningsindex och därigenom uppnå högre hastighetsmodulering.
Publiceringstid: 12 maj 2025