Apresentar o modulador fotônico Mach-Zende de silício MZM

Apresentar o modulador fotônico Mach-Zende de silícioModulador MZM

OModulado Mach-zender é o componente mais importante na extremidade do transmissor em módulos fotônicos de silício de 400G/800G. Atualmente, existem dois tipos de moduladores na extremidade do transmissor de 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 4/8 canais e é aplicado principalmente em data centers e GPUs. É claro que um modulador Mach-Zeonde de fotônica de silício de canal único de 200 Gbps que competirá com o EML após a produção em massa a 100 Gbps não deve estar longe. O segundo tipo é oModulador de QIAplicado em comunicação óptica coerente de longa distância. O afundamento coerente mencionado neste estágio refere-se à distância de transmissão de módulos ópticos que varia de milhares de quilômetros na rede principal 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 dividida em duas partes: óptica e eletricidade.

Parte óptica: O princípio básico é um interferômetro de Mach-Zeund. Um feixe de luz passa por um divisor de feixes 50-50 e se transforma em dois feixes de luz com a mesma energia, 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 alterar a velocidade de propagação de um braço), a combinação final do feixe é realizada na saída de ambos os braços. O comprimento da fase de interferência (onde os picos de ambos os braços se alcançam simultaneamente) e o cancelamento da interferência (onde a diferença de fase é de 90° e os picos são opostos aos vales) podem ser alcançados por meio 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 trabalho em trabalhos práticos. Por exemplo, na comunicação de dados, trabalhamos em um ponto 3dB abaixo do pico, e na comunicação coerente, trabalhamos sem ponto de luz. No entanto, esse método de controlar a diferença de fase por meio de aquecimento e dissipação de calor para controlar o sinal de saída leva muito tempo e simplesmente não consegue atender à nossa exigência de transmissão de 100 Gbps. Portanto, precisamos encontrar uma maneira de atingir uma taxa de modulação mais rápida.

A seção elétrica consiste principalmente na seção de junção PN, que precisa alterar o índice de refração em alta frequência, e na estrutura do eletrodo de onda viajante que corresponde à 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 portadora livre. Refere-se ao efeito físico em que, quando a concentração de portadoras livres em um material semicondutor muda, as partes real e imaginária do próprio índice de refração do material também mudam de acordo. Quando a concentração de portadoras em materiais semicondutores aumenta, o coeficiente de absorção do material aumenta enquanto a parte real do índice de refração diminui. Da mesma forma, quando as portadoras 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 o número de portadoras no guia de onda de transmissão. Eventualmente, os sinais 0 e 1 aparecem na posição de saída, carregando sinais elétricos de alta velocidade na amplitude da intensidade da luz. A maneira de conseguir isso é através da junção PN. Os portadores livres de silício puro são muito poucos, e a variação na quantidade é insuficiente para atender à variação no índice de refração. Portanto, é necessário aumentar a base de portadores no guia de onda de transmissão por meio da dopagem de silício para atingir a variação no índice de refração, alcançando assim uma modulação de taxa mais alta.