Ipakilala ang silicon photonic Mach-Zende modulator MZM modulator

Ipakilala ang silicon photonic Mach-Zende modulatorMZM modulator

AngMach-zende modulator ay ang pinakamahalagang bahagi sa dulo ng transmitter sa 400G/800G silicon photonic modules. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang uri ng modulators sa dulo ng transmitter ng mass-produced silicon photonic modules: Ang isang uri ay ang PAM4 modulator batay sa isang single-channel na 100Gbps working mode, na nakakamit ng 800Gbps data transmission sa pamamagitan ng 4-channel / 8-channel parallel approach at pangunahing inilalapat sa mga data center at Gpus. Siyempre, hindi dapat malayo ang isang single-channel na 200Gbps silicon photonics Mach-Zeonde modulator na makikipagkumpitensya sa EML pagkatapos ng mass production sa 100Gbps. Ang pangalawang uri ay angIQ modulatorinilapat sa long-distance coherent optical communication. Ang magkakaugnay na paglubog na binanggit sa kasalukuyang yugto ay tumutukoy sa transmission distance ng optical modules mula sa libu-libong kilometro sa metropolitan backbone network hanggang sa ZR optical modules na mula 80 hanggang 120 kilometro, at maging sa LR optical module na mula sa 10 kilometro sa hinaharap.

Ang prinsipyo ng high-speedmga modulator ng silikonmaaaring nahahati sa dalawang bahagi: optika at kuryente.

Optical na bahagi: Ang pangunahing prinsipyo ay isang Mach-zeund 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 (iyon ay, ang refractive index ng silicon ay binago ng isang heater upang baguhin ang propagation speed ng isang braso), ang huling kumbinasyon ng beam ay isinasagawa sa labasan ng magkabilang braso. Ang haba ng interference phase (kung saan ang mga taluktok ng magkabilang braso ay umaabot nang sabay-sabay) at ang interference cancellation (kung saan ang phase difference ay 90° at ang mga peak ay nasa tapat ng mga troughs) ay maaaring makamit sa pamamagitan ng interference, at sa gayon ay ma-modulate ang light intensity (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 punto ng pagtatrabaho sa praktikal na gawain. Halimbawa, sa komunikasyon ng data, nagtatrabaho kami sa isang puntong 3dB na mas mababa kaysa sa peak, at sa magkakaugnay na komunikasyon, nagtatrabaho kami sa walang ilaw na lugar. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ng pagkontrol sa pagkakaiba ng bahagi sa pamamagitan ng pag-init at pagwawaldas ng init upang makontrol ang output signal ay tumatagal ng napakahabang panahon at hindi lang matutugunan ang aming pangangailangan sa pagpapadala ng 100Gpbs bawat segundo. Samakatuwid, kailangan nating maghanap ng paraan upang makamit ang mas mabilis na rate ng modulasyon.

Pangunahing binubuo ang electrical section ng PN junction section na kailangang baguhin ang refractive index sa mataas na frequency, at ang travelling wave electrode structure na tumutugma sa bilis ng electrical signal at optical signal. Ang prinsipyo ng pagpapalit 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 ang konsentrasyon ng mga libreng carrier sa isang semiconductor na materyal ay nagbabago, ang tunay at haka-haka na mga bahagi ng sariling refractive index ng materyal ay nagbabago rin nang naaayon. Kapag tumaas ang konsentrasyon ng carrier sa mga materyales ng semiconductor, tumataas ang koepisyent ng pagsipsip ng materyal habang bumababa ang tunay na bahagi ng refractive index. Katulad nito, kapag bumababa ang mga carrier sa mga materyales ng semiconductor, bumababa ang koepisyent ng pagsipsip habang tumataas ang tunay na bahagi ng refractive index. Sa gayong epekto, sa mga praktikal na aplikasyon, ang modulasyon ng mga signal na may mataas na dalas ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pag-regulate ng bilang ng mga carrier sa transmission waveguide. Sa kalaunan, 0 at 1 na signal ang lalabas sa output position, na naglo-load ng high-speed electrical signal papunta sa amplitude ng light intensity. Ang paraan para makamit ito ay sa pamamagitan ng PN junction. Ang mga libreng carrier ng purong silikon ay napakakaunti, at ang pagbabago sa dami ay hindi sapat upang matugunan ang pagbabago sa refractive index. Samakatuwid, kinakailangan upang madagdagan ang base ng carrier sa transmission waveguide sa pamamagitan ng doping silicon upang makamit ang pagbabago sa refractive index, sa gayon ay makamit ang mas mataas na rate modulation.