Introductie van de silicium fotonische Mach-Zende modulatorMZM-modulator
DeMach-zende gemoduleerdr is de belangrijkste component aan de zenderzijde in 400G/800G silicium fotonische modules. Momenteel zijn er twee soorten modulatoren aan de zenderzijde van in massa geproduceerde silicium fotonische modules: het ene type is de PAM4-modulator gebaseerd op een enkelkanaals 100 Gbps werkmodus, die 800 Gbps datatransmissie bereikt via een 4-kanaals / 8-kanaals parallelle benadering en voornamelijk wordt toegepast in datacenters en GPU's. Natuurlijk zou een enkelkanaals 200 Gbps silicium fotonische Mach-Zeonde-modulator, die na massaproductie op 100 Gbps met EML zal concurreren, niet ver weg moeten zijn. Het tweede type is deIQ-modulatorToegepast in coherente optische communicatie over lange afstanden. De coherente sinking die hier wordt genoemd, verwijst naar de transmissieafstand van optische modules variërend van duizenden kilometers in het grootstedelijke backbonenetwerk tot ZR optische modules variërend van 80 tot 120 kilometer, en zelfs tot LR optische modules variërend van 10 kilometer in de toekomst.
Het principe van hoge snelheidsiliciummodulatorenkan worden onderverdeeld in twee delen: optica en elektriciteit.
Optisch deel: Het basisprincipe is een Mach-Zeund-interferometer. Een lichtbundel passeert een 50/50-bundelsplitser en vormt twee lichtbundels met gelijke energie, die vervolgens worden doorgelaten in de twee armen van de modulator. Door fasecontrole op één van de armen (d.w.z. de brekingsindex van silicium wordt door een verwarmingselement gewijzigd om de voortplantingssnelheid van één arm te wijzigen), wordt de uiteindelijke bundelcombinatie uitgevoerd aan de uitgang van beide armen. Interferentiefaselengte (waar de toppen van beide armen gelijktijdig bereiken) en interferentie-onderdrukking (waar het faseverschil 90° is en de toppen tegenover de dalen liggen) kunnen worden bereikt door interferentie, waardoor de lichtintensiteit wordt gemoduleerd (wat kan worden begrepen als 1 en 0 in digitale signalen). Dit is een eenvoudig begrip en tevens een controlemethode voor het werkpunt in de praktijk. Bij datacommunicatie werken we bijvoorbeeld op een punt dat 3 dB lager is dan de piek, en bij coherente communicatie werken we op een punt zonder licht. Deze methode om het faseverschil te regelen door middel van verwarming en warmteafvoer om het uitgangssignaal te regelen, duurt echter erg lang en voldoet simpelweg niet aan onze vereiste om 100 Gbps per seconde te verzenden. Daarom moeten we een manier vinden om een snellere modulatiesnelheid te bereiken.
Het elektrische gedeelte bestaat voornamelijk uit de PN-overgangssectie die de brekingsindex bij hoge frequenties moet veranderen, en de lopende-golfelektrodestructuur die overeenkomt met de snelheid van het elektrische signaal en het optische signaal. Het principe van het veranderen van de brekingsindex is het plasmadispersie-effect, ook wel bekend als het vrije-ladingdispersie-effect. Dit verwijst naar het fysische effect dat ontstaat wanneer de concentratie vrije ladingen in een halfgeleidermateriaal verandert, de reële en imaginaire delen van de eigen brekingsindex van het materiaal ook dienovereenkomstig veranderen. Wanneer de ladingenconcentratie in halfgeleidermaterialen toeneemt, neemt de absorptiecoëfficiënt van het materiaal toe, terwijl het reële deel van de brekingsindex afneemt. Evenzo neemt de absorptiecoëfficiënt af wanneer het aantal ladingen in halfgeleidermaterialen afneemt, terwijl het reële deel van de brekingsindex toeneemt. Met een dergelijk effect kan in praktische toepassingen de modulatie van hoogfrequente signalen worden bereikt door het aantal ladingen in de transmissiegolfgeleider te reguleren. Uiteindelijk verschijnen er 0- en 1-signalen aan de uitgangspositie, waardoor snelle elektrische signalen worden geladen op de amplitude van de lichtintensiteit. De manier om dit te bereiken is via de PN-overgang. De vrije ladingdragers van zuiver silicium zijn zeer schaars en de verandering in hoeveelheid is onvoldoende om de verandering in brekingsindex te compenseren. Daarom is het noodzakelijk om de ladingdragerbasis in de transmissiegolfgeleider te vergroten door silicium te doperen om de verandering in brekingsindex te bereiken, wat leidt tot een hogere modulatiesnelheid.
Geplaatst op: 12 mei 2025