Introdución ao modulador Mach-Zende fotónico de silicio, o modulador MZM.

Introdución ao modulador Mach-Zende fotónico de silicioModulador MZM

O/AModulación de Mach-zender é o compoñente máis importante no extremo do transmisor nos módulos fotónicos de silicio de 400G/800G. Actualmente, hai dous tipos de moduladores no extremo do transmisor dos módulos fotónicos de silicio producidos en masa: un tipo é o modulador PAM4 baseado nun modo de traballo dun só canal de 100 Gbps, que consegue unha transmisión de datos de 800 Gbps a través dunha abordaxe paralela de 4/8 canles e aplícase principalmente en centros de datos e GPU. Por suposto, un modulador Mach-Zeonde de fotónica de silicio dun só canal de 200 Gbps que competirá con EML despois da produción en masa a 100 Gbps non debería estar lonxe. O segundo tipo é oModulador de coeficiente intelectualaplicado na comunicación óptica coherente a longa distancia. O afundimento coherente mencionado na fase actual refírese á distancia de transmisión dos módulos ópticos que varía desde miles de quilómetros na rede troncal metropolitana ata módulos ópticos ZR que van de 80 a 120 quilómetros e mesmo módulos ópticos LR que van de 10 quilómetros no futuro.

O principio da alta velocidademoduladores de siliciopódese dividir en dúas partes: óptica e electricidade.

Parte óptica: O principio básico é un interferómetro de Mach-zeund. Un feixe de luz pasa a través dun divisor de feixe 50-50 e convértese en dous feixes de luz con igual enerxía, que continúan a transmitirse nos dous brazos do modulador. Mediante o control de fase nun dos brazos (é dicir, o índice de refracción do silicio modifícase mediante un quentador para alterar a velocidade de propagación dun brazo), a combinación final do feixe realízase na saída de ambos os brazos. A lonxitude de fase de interferencia (onde os picos de ambos os brazos chegan simultaneamente) e a cancelación de interferencia (onde a diferenza de fase é de 90° e os picos están opostos aos vales) pódense conseguir mediante interferencia, modulando así a intensidade da luz (que se pode entender como 1 e 0 en sinais dixitais). Esta é unha comprensión sinxela e tamén un método de control para o punto de traballo na práctica. Por exemplo, na comunicación de datos, traballamos nun punto 3dB máis baixo que o pico e, na comunicación coherente, traballamos sen punto de luz. Non obstante, este método de controlar a diferenza de fase mediante quecemento e disipación de calor para controlar o sinal de saída leva moito tempo e simplemente non pode cumprir o noso requisito de transmitir 100 Gpbs por segundo. Polo tanto, temos que atopar unha maneira de conseguir unha velocidade de modulación máis rápida.

A sección eléctrica consiste principalmente na sección de unión PN que necesita cambiar o índice de refracción a alta frecuencia e na estrutura do eléctrodo de onda viaxante que coincide coa velocidade do sinal eléctrico e o sinal óptico. O principio de cambio do índice de refracción é o efecto de dispersión do plasma, tamén coñecido como efecto de dispersión do portador libre. Refírese ao efecto físico que se produce cando cambia a concentración de portadores libres nun material semicondutor, as partes real e imaxinaria do propio índice de refracción do material tamén cambian en consecuencia. Cando a concentración de portadores nos materiais semicondutores aumenta, o coeficiente de absorción do material aumenta mentres que a parte real do índice de refracción diminúe. Do mesmo xeito, cando os portadores nos materiais semicondutores diminúen, o coeficiente de absorción diminúe mentres que a parte real do índice de refracción aumenta. Con este efecto, en aplicacións prácticas, a modulación de sinais de alta frecuencia pódese conseguir regulando o número de portadores na guía de ondas de transmisión. Finalmente, aparecen os sinais 0 e 1 na posición de saída, cargando sinais eléctricos de alta velocidade na amplitude da intensidade da luz. A forma de conseguilo é a través da unión PN. Os portadores libres de silicio puro son moi poucos e o cambio na cantidade é insuficiente para compensar o cambio no índice de refracción. Polo tanto, é necesario aumentar a base de portadores na guía de ondas de transmisión dopando silicio para lograr o cambio no índice de refracción, conseguindo así unha modulación de taxa máis alta.