Apresentamos o modulador Mach-Zehnder fotônico de silício (modulador MZM).

Apresentamos o modulador Mach-Zehnder fotônico de silício.Modulador MZM

O modulador Mach-Zehnder é o componente mais importante na extremidade transmissora dos módulos fotônicos de silício de 400G/800G. Atualmente, existem dois tipos de moduladores na extremidade transmissora dos módulos fotônicos de silício produzidos em massa: um tipo é o modulador PAM4 baseado em um modo de operação de canal único de 100 Gbps, que atinge a transmissão de dados de 800 Gbps por meio de uma abordagem paralela de 4 ou 8 canais e é aplicado principalmente em data centers e GPUs. Naturalmente, um modulador Mach-Zehnder de canal único de 200 Gbps para fotônica de silício, que competirá com o EML após a produção em massa em 100 Gbps, não deve demorar a surgir. O segundo tipo é omodulador de QIAplicado em comunicação óptica coerente de longa distância. O conceito de "sinking coerente" mencionado no presente estágio refere-se à distância de transmissão de módulos ópticos que varia de milhares de quilômetros na rede backbone metropolitana a módulos ópticos ZR, que variam de 80 a 120 quilômetros, e até mesmo a módulos ópticos LR, que variam de 10 quilômetros no futuro.

O princípio da alta velocidademoduladores de silíciopode ser dividido em duas partes: óptica e eletricidade.

Parte óptica: O princípio básico é o de um interferômetro de Mach-Zehnder. Um feixe de luz passa por um divisor de feixe 50-50 e se divide em dois feixes de luz com energias iguais, que continuam a ser transmitidos pelos dois braços do modulador. Através do controle de fase em um dos braços (ou seja, o índice de refração do silício é alterado por um aquecedor para modificar a velocidade de propagação de um dos braços), a combinação final dos feixes é realizada na saída de ambos os braços. O comprimento de fase de interferência (onde os picos de ambos os braços se encontram simultaneamente) e o cancelamento de interferência (onde a diferença de fase é de 90° e os picos estão opostos aos vales) podem ser obtidos através da interferência, modulando assim a intensidade da luz (que pode ser entendida como 1 e 0 em sinais digitais). Este é um entendimento simples e também um método de controle para o ponto de operação em trabalhos práticos. Por exemplo, em comunicação de dados, trabalhamos em um ponto 3dB abaixo do pico, e em comunicação coerente, trabalhamos em um ponto sem luz. No entanto, esse método de controle da diferença de fase por meio de aquecimento e dissipação de calor para controlar o sinal de saída leva muito tempo e simplesmente não atende à nossa necessidade de transmitir 100 Gbps por segundo. Portanto, precisamos encontrar uma maneira de alcançar uma taxa de modulação mais rápida.

A seção elétrica consiste principalmente na seção de junção PN, que precisa alterar o índice de refração em altas frequências, e na estrutura de eletrodo de onda progressiva, que ajusta a velocidade do sinal elétrico e do sinal óptico. O princípio da alteração do índice de refração é o efeito de dispersão de plasma, também conhecido como efeito de dispersão de portadores livres. Refere-se ao efeito físico pelo qual, quando a concentração de portadores livres em um material semicondutor muda, as partes real e imaginária do índice de refração do material também mudam correspondentemente. Quando a concentração de portadores em materiais semicondutores aumenta, o coeficiente de absorção do material aumenta, enquanto a parte real do índice de refração diminui. Da mesma forma, quando os portadores em materiais semicondutores diminuem, o coeficiente de absorção diminui, enquanto a parte real do índice de refração aumenta. Com esse efeito, em aplicações práticas, a modulação de sinais de alta frequência pode ser alcançada regulando-se o número de portadores no guia de ondas de transmissão. Finalmente, sinais 0 e 1 aparecem na posição de saída, carregando sinais elétricos de alta velocidade na amplitude da intensidade da luz. A maneira de alcançar isso é através da junção PN. Os portadores livres do silício puro são muito poucos, e a variação em sua quantidade é insuficiente para acompanhar a mudança no índice de refração. Portanto, é necessário aumentar a base de portadores no guia de onda de transmissão por meio da dopagem do silício para obter a mudança no índice de refração, alcançando assim uma modulação de taxa mais alta.