Introduzione del modulatore Mach-Zende fotonico al silicioModulatore MZM
ILModulato Mach-zender è il componente più importante all'estremità del trasmettitore nei moduli fotonici al silicio 400G/800G. Attualmente, esistono due tipi di modulatori all'estremità del trasmettitore dei moduli fotonici al silicio prodotti in serie: il primo è il modulatore PAM4 basato su una modalità di funzionamento a 100 Gbps a canale singolo, che raggiunge una trasmissione dati a 800 Gbps attraverso un approccio parallelo a 4/8 canali ed è applicato principalmente nei data center e nelle GPU. Naturalmente, un modulatore Mach-Zeonde a canale singolo da 200 Gbps per fotonica al silicio, che competerà con EML dopo la produzione in serie a 100 Gbps, non dovrebbe essere lontano. Il secondo tipo è ilmodulatore del QIApplicato alle comunicazioni ottiche coerenti a lunga distanza. Il sinking coerente menzionato in questa fase si riferisce alla distanza di trasmissione di moduli ottici che vanno da migliaia di chilometri nella dorsale metropolitana ai moduli ottici ZR che vanno da 80 a 120 chilometri, e persino ai moduli ottici LR che in futuro arriveranno a 10 chilometri.
Il principio dell'alta velocitàmodulatori al siliciopuò essere divisa in due parti: ottica ed elettricità.
Parte ottica: il principio di base è un interferometro di Mach-Zeund. Un fascio di luce attraversa un divisore di fascio 50-50 e si divide in due fasci di luce di pari energia, che continuano a essere trasmessi nei due bracci del modulatore. Tramite il controllo di fase su uno dei bracci (ovvero, l'indice di rifrazione del silicio viene modificato da un riscaldatore per alterare la velocità di propagazione di un braccio), la combinazione finale dei fasci viene eseguita all'uscita di entrambi i bracci. La lunghezza di fase dell'interferenza (dove i picchi di entrambi i bracci si presentano simultaneamente) e la cancellazione dell'interferenza (dove la differenza di fase è di 90° e i picchi sono opposti ai minimi) possono essere ottenute tramite interferenza, modulando così l'intensità luminosa (che può essere interpretata come 1 e 0 nei segnali digitali). Questa è una semplice comprensione e anche un metodo di controllo per il punto di lavoro nella pratica. Ad esempio, nella comunicazione dati, lavoriamo in un punto 3 dB inferiore al picco, mentre nella comunicazione coerente lavoriamo in assenza di punti luminosi. Tuttavia, questo metodo di controllo della differenza di fase attraverso il riscaldamento e la dissipazione del calore per controllare il segnale di uscita richiede molto tempo e non è sufficiente a soddisfare il nostro requisito di trasmissione di 100 Gbps al secondo. Pertanto, dobbiamo trovare un modo per ottenere una velocità di modulazione più elevata.
La sezione elettrica è costituita principalmente dalla giunzione PN, che deve modificare l'indice di rifrazione ad alta frequenza, e dalla struttura dell'elettrodo a onda progressiva, che si adatta alla velocità del segnale elettrico e del segnale ottico. Il principio di variazione dell'indice di rifrazione è l'effetto di dispersione del plasma, noto anche come effetto di dispersione dei portatori liberi. Si riferisce all'effetto fisico per cui, quando la concentrazione di portatori liberi in un materiale semiconduttore cambia, anche le parti reale e immaginaria dell'indice di rifrazione del materiale cambiano di conseguenza. Quando la concentrazione di portatori nei materiali semiconduttori aumenta, il coefficiente di assorbimento del materiale aumenta mentre la parte reale dell'indice di rifrazione diminuisce. Analogamente, quando i portatori nei materiali semiconduttori diminuiscono, il coefficiente di assorbimento diminuisce mentre la parte reale dell'indice di rifrazione aumenta. Con tale effetto, nelle applicazioni pratiche, la modulazione dei segnali ad alta frequenza può essere ottenuta regolando il numero di portatori nella guida d'onda di trasmissione. Infine, i segnali 0 e 1 compaiono in uscita, caricando segnali elettrici ad alta velocità sull'ampiezza dell'intensità luminosa. Il modo per ottenere questo risultato è attraverso la giunzione PN. I portatori liberi del silicio puro sono pochissimi e la variazione di quantità è insufficiente a compensare la variazione dell'indice di rifrazione. Pertanto, è necessario aumentare la base dei portatori nella guida d'onda di trasmissione drogando il silicio per ottenere la variazione dell'indice di rifrazione, ottenendo così una modulazione a velocità più elevata.
Data di pubblicazione: 12 maggio 2025