Introducer den silicium fotoniske Mach-Zende modulatorMZM-modulator
DeMach-zende modulator er den vigtigste komponent i transmitterenden i 400G/800G siliciumfotoniske moduler. I øjeblikket er der to typer modulatorer i transmitterenden af masseproducerede siliciumfotoniske moduler: Den ene type er PAM4-modulatoren baseret på en enkeltkanals 100 Gbps arbejdstilstand, som opnår 800 Gbps dataoverførsel via en 4-kanals/8-kanals parallel tilgang og primært anvendes i datacentre og GPU'er. En enkeltkanals 200 Gbps siliciumfotonisk Mach-Zeonde-modulator, der vil konkurrere med EML efter masseproduktion ved 100 Gbps, burde selvfølgelig ikke være langt væk. Den anden type erIQ-modulatoranvendt i kohærent optisk kommunikation over lange afstande. Den kohærente synkning, der er nævnt på nuværende tidspunkt, refererer til transmissionsafstanden for optiske moduler, der spænder fra tusinder af kilometer i det storbymæssige backbone-netværk til ZR optiske moduler, der spænder fra 80 til 120 kilometer, og endda til LR optiske moduler, der spænder fra 10 kilometer i fremtiden.
Princippet for højhastighedsdriftsiliciummodulatorerkan opdeles i to dele: optik og elektricitet.
Optisk del: Grundprincippet er et Mach-Zeund-interferometer. En lysstråle passerer gennem en 50-50 stråledeler og bliver til to lysstråler med samme energi, som fortsat transmitteres i modulatorens to arme. Ved fasekontrol på den ene arm (dvs. at siliciums brydningsindeks ændres af en varmelegeme for at ændre udbredelseshastigheden for den ene arm) udføres den endelige strålekombination ved udgangen af begge arme. Interferensfaselængde (hvor toppene på begge arme når samtidigt) og interferensudligning (hvor faseforskellen er 90°, og toppene er modsat bundene) kan opnås gennem interferens, hvorved lysintensiteten moduleres (som kan forstås som 1 og 0 i digitale signaler). Dette er en simpel forståelse og også en kontrolmetode til arbejdspunktet i praktisk arbejde. For eksempel arbejder vi i datakommunikation på et punkt, der er 3dB lavere end toppen, og i kohærent kommunikation arbejder vi på et punkt, der ikke er lyspunkt. Denne metode til at styre faseforskellen gennem opvarmning og varmeafledning for at styre udgangssignalet tager imidlertid meget lang tid og kan simpelthen ikke opfylde vores krav om at sende 100 Gbps pr. sekund. Derfor er vi nødt til at finde en måde at opnå en hurtigere modulationshastighed.
Den elektriske sektion består hovedsageligt af PN-forbindelsessektionen, der skal ændre brydningsindekset ved høj frekvens, og den vandrende bølgeelektrodestruktur, der matcher hastigheden af det elektriske signal og det optiske signal. Princippet for ændring af brydningsindekset er plasmadispersionseffekten, også kendt som fribærerdispersionseffekten. Det refererer til den fysiske effekt, at når koncentrationen af frie bærere i et halvledermateriale ændres, ændres de reelle og imaginære dele af materialets eget brydningsindeks også tilsvarende. Når bærerkoncentrationen i halvledermaterialer stiger, øges materialets absorptionskoefficient, mens den reelle del af brydningsindekset falder. Tilsvarende, når bærerkoncentrationen i halvledermaterialer falder, falder absorptionskoefficienten, mens den reelle del af brydningsindekset stiger. Med en sådan effekt kan modulering af højfrekvente signaler i praktiske anvendelser opnås ved at regulere antallet af bærere i transmissionsbølgelederen. Til sidst vises 0- og 1-signaler ved udgangspositionen, hvorved højhastighedselektriske signaler indlæses på lysintensitetens amplitude. Måden at opnå dette på er gennem PN-forbindelsen. De frie bærere af rent silicium er meget få, og ændringen i mængde er utilstrækkelig til at imødekomme ændringen i brydningsindekset. Derfor er det nødvendigt at øge bærerbasen i transmissionsbølgelederen ved at dope silicium for at opnå ændringen i brydningsindekset og derved opnå en højere hastighedsmodulation.
Udsendelsestidspunkt: 12. maj 2025