Ipakilala ang silicon photonic Mach-Zehnder modulator MZM modulator

Ipakilala ang silicon photonic Mach-Zehnder modulatorModulator ng MZM

Ang Mach-Zehnder modulator ang pinakamahalagang bahagi sa dulo ng transmitter sa 400G/800G silicon photonic modules. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang uri ng modulator sa dulo ng transmitter ng mga mass-produced na silicon photonic modules: Ang isang uri ay ang PAM4 modulator na nakabatay sa single-channel 100Gbps working mode, na nakakamit ng 800Gbps data transmission sa pamamagitan ng 4-channel / 8-channel parallel approach at pangunahing ginagamit sa mga data center at GPU. Siyempre, hindi nalalayo ang isang single-channel 200Gbps silicon photonics Mach-Zender modulator na makikipagkumpitensya sa EML pagkatapos ng mass production sa 100Gbps. Ang pangalawang uri ay angModulator ng IQinilalapat sa malayuang coherent optical communication. Ang coherent sinking na nabanggit sa kasalukuyang yugto ay tumutukoy sa distansya ng transmisyon ng mga optical module na mula libu-libong kilometro sa metropolitan backbone network hanggang sa mga ZR optical module na mula 80 hanggang 120 kilometro, at maging sa mga LR optical module na mula 10 kilometro sa hinaharap.

Ang prinsipyo ng mataas na bilismga modulator ng silikonmaaaring hatiin sa dalawang bahagi: optika at elektrisidad.

Bahaging Optikal: Ang pangunahing prinsipyo ay isang Mach-Zehnder interferometer. Ang isang sinag ng liwanag ay dumadaan sa isang 50-50 beam splitter at nagiging dalawang sinag ng liwanag na may pantay na enerhiya, na patuloy na ipinapadala sa dalawang braso ng modulator. Sa pamamagitan ng phase control sa isa sa mga braso (ibig sabihin, ang refractive index ng silicon ay binabago ng isang heater upang baguhin ang bilis ng pagkalat ng isang braso), ang pangwakas na kombinasyon ng sinag ay isinasagawa sa labasan ng magkabilang braso. Ang haba ng interference phase (kung saan ang mga peak ng magkabilang braso ay sabay na umaabot) at ang pagkansela ng interference (kung saan ang phase difference ay 90° at ang mga peak ay nasa tapat ng mga trough) ay maaaring makamit sa pamamagitan ng interference, sa gayon ay binabago ang intensity ng liwanag (na maaaring maunawaan bilang 1 at 0 sa mga digital signal). Ito ay isang simpleng pag-unawa at isa ring paraan ng pagkontrol para sa working point sa praktikal na gawain. Halimbawa, sa komunikasyon ng datos, nagtatrabaho tayo sa isang puntong 3dB na mas mababa kaysa sa peak, at sa coherent communication, nagtatrabaho tayo sa walang light spot. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ng pagkontrol sa pagkakaiba ng phase sa pamamagitan ng pag-init at pagpapakalat ng init upang makontrol ang output signal ay tumatagal ng napakatagal na panahon at hindi lamang nakakatugon sa ating pangangailangan na magpapadala ng 100Gpbs bawat segundo. Samakatuwid, kailangan nating makahanap ng paraan upang makamit ang mas mabilis na rate ng modulasyon.

Ang seksyong elektrikal ay pangunahing binubuo ng seksyong PN junction na kailangang baguhin ang refractive index sa mataas na frequency, at ang istruktura ng travelling wave electrode na tumutugma sa bilis ng electrical signal at optical signal. Ang prinsipyo ng pagbabago ng refractive index ay ang plasma dispersion effect, na kilala rin bilang free carrier dispersion effect. Ito ay tumutukoy sa pisikal na epekto na kapag nagbago ang konsentrasyon ng mga free carrier sa isang semiconductor material, ang real at imaginary na bahagi ng refractive index ng materyal ay nagbabago rin nang naaayon. Kapag tumataas ang konsentrasyon ng carrier sa mga semiconductor material, tumataas ang absorption coefficient ng materyal habang bumababa ang real na bahagi ng refractive index. Katulad nito, kapag bumababa ang mga carrier sa mga semiconductor material, bumababa ang absorption coefficient habang tumataas ang real na bahagi ng refractive index. Sa ganitong epekto, sa mga praktikal na aplikasyon, ang modulasyon ng mga high-frequency signal ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pag-regulate ng bilang ng mga carrier sa transmission waveguide. Kalaunan, lumilitaw ang 0 at 1 signal sa output position, na naglo-load ng mga high-speed electrical signal sa amplitude ng light intensity. Ang paraan upang makamit ito ay sa pamamagitan ng PN junction. Napakakaunti ng mga free carrier ng purong silicon, at ang pagbabago sa dami ay hindi sapat upang matugunan ang pagbabago sa refractive index. Samakatuwid, kinakailangang dagdagan ang carrier base sa transmission waveguide sa pamamagitan ng pag-doping ng silicon upang makamit ang pagbabago sa refractive index, sa gayon ay makakamit ang mas mataas na rate ng modulation.