Представляем кремниевый фотонный модулятор Маха-ЦендеМЗМ модулятор
TheMach-zende modulator является наиболее важным компонентом на передающем конце в кремниевых фотонных модулях 400G/800G. В настоящее время существует два типа модуляторов на передающем конце серийно выпускаемых кремниевых фотонных модулей: Один тип - это модулятор PAM4, основанный на одноканальном рабочем режиме 100 Гбит/с, который достигает передачи данных 800 Гбит/с через 4-канальный / 8-канальный параллельный подход и в основном применяется в центрах обработки данных и GPU. Конечно, одноканальный 200 Гбит/с кремниевый фотонный модулятор Mach-Zeonde, который будет конкурировать с EML после массового производства на скорости 100 Гбит/с, не должен быть далеко. Второй тип - этомодулятор IQприменяется в дальней когерентной оптической связи. Когерентное погружение, упомянутое на данном этапе, относится к дальности передачи оптических модулей от тысяч километров в городской магистральной сети до оптических модулей ZR в диапазоне от 80 до 120 километров, и даже до оптических модулей LR в диапазоне от 10 километров в будущем.
Принцип высокой скоростикремниевые модуляторыможно разделить на две части: оптику и электричество.
Оптическая часть: Основной принцип — интерферометр Маха-Цойнда. Луч света проходит через светоделитель 50-50 и становится двумя лучами света с равной энергией, которые продолжают передаваться в двух плечах модулятора. За счет управления фазой на одном из плеч (то есть показатель преломления кремния изменяется нагревателем для изменения скорости распространения одного плеча) окончательное объединение лучей осуществляется на выходе обоих плеч. Длина фазы интерференции (где пики обоих плеч достигают одновременно) и подавление интерференции (где разность фаз составляет 90°, а пики находятся напротив впадин) могут быть достигнуты посредством интерференции, тем самым модулируя интенсивность света (которую можно понимать как 1 и 0 в цифровых сигналах). Это простое понимание, а также метод управления рабочей точкой в практической работе. Например, при передаче данных мы работаем в точке на 3 дБ ниже пика, а при когерентной связи мы работаем при отсутствии светового пятна. Однако этот метод управления разностью фаз посредством нагрева и рассеивания тепла для управления выходным сигналом занимает очень много времени и просто не может удовлетворить наше требование передачи 100 Гбит/с в секунду. Поэтому нам нужно найти способ достичь более высокой скорости модуляции.
Электрическая часть в основном состоит из секции PN-перехода, которая должна изменять показатель преломления на высокой частоте, и структуры электрода бегущей волны, которая согласует скорость электрического сигнала и оптического сигнала. Принцип изменения показателя преломления - эффект плазменной дисперсии, также известный как эффект дисперсии свободных носителей. Он относится к физическому эффекту, заключающемуся в том, что при изменении концентрации свободных носителей в полупроводниковом материале действительная и мнимая части собственного показателя преломления материала также соответствующим образом изменяются. Когда концентрация носителей в полупроводниковых материалах увеличивается, коэффициент поглощения материала увеличивается, а действительная часть показателя преломления уменьшается. Аналогично, когда носители в полупроводниковых материалах уменьшаются, коэффициент поглощения уменьшается, а действительная часть показателя преломления увеличивается. С таким эффектом в практических приложениях модуляция высокочастотных сигналов может быть достигнута путем регулирования количества носителей в передающем волноводе. В конечном итоге, сигналы 0 и 1 появляются на выходном положении, загружая высокоскоростные электрические сигналы на амплитуду интенсивности света. Способ достижения этого - через PN-переход. Свободных носителей чистого кремния очень мало, и изменение количества недостаточно для удовлетворения изменения показателя преломления. Поэтому необходимо увеличить базу носителей в волноводе передачи путем легирования кремния, чтобы добиться изменения показателя преломления, тем самым достигая более высокой скорости модуляции.
Время публикации: 12 мая 2025 г.