Претставете го силиконскиот фотонски Мах-Зенде модулатор MZM модулатор

Претставете го силиконскиот фотонски Мах-Зенде модулаторMZM модулатор

НаМах-зенде модулираноr е најважната компонента на предавателот кај 400G/800G силиконски фотонски модули. Во моментов, постојат два вида модулатори на предавателот кај масовно произведените силиконски фотонски модули: Едниот тип е PAM4 модулатор базиран на едноканален работен режим од 100Gbps, кој постигнува пренос на податоци од 800Gbps преку паралелен пристап од 4 канали / 8 канали и главно се применува во центри за податоци и графички процесори. Секако, едноканален силиконски фотонски модулатор Mach-Zeonde од 200Gbps кој ќе се натпреварува со EML по масовното производство на 100Gbps не треба да биде далеку. Вториот тип еIQ модулаторприменет во кохерентна оптичка комуникација на долги растојанија. Кохерентното тонење споменато во сегашната фаза се однесува на растојанието на пренос на оптички модули што се движи од илјадници километри во метрополитенската основна мрежа до ZR оптички модули што се движат од 80 до 120 километри, па дури и до LR оптички модули што се движат од 10 километри во иднина.

Принципот на голема брзинасиликонски модулаториможе да се подели на два дела: оптика и електрична енергија.

Оптички дел: Основниот принцип е Мах-Зоундов интерферометар. Зрак светлина поминува низ разделувач на зраци од 50-50 и станува два зраци светлина со еднаква енергија, кои продолжуваат да се пренесуваат во двата крака на модулаторот. Со контрола на фазата на едната од краците (односно, индексот на прекршување на силициумот се менува со грејач за да се промени брзината на ширење на едната крака), конечната комбинација на зракот се изведува на излезот од двата крака. Должината на фазата на интерференција (каде што врвовите на двата крака достигнуваат истовремено) и поништувањето на интерференцијата (каде што фазната разлика е 90°, а врвовите се спротивни на вдлабнатините) може да се постигне преку интерференција, со што се модулира интензитетот на светлината (што може да се разбере како 1 и 0 кај дигиталните сигнали). Ова е едноставно разбирање, а воедно и метод за контрола на работната точка во практичната работа. На пример, во комуникацијата на податоци, работиме во точка 3dB пониска од врвот, а во кохерентната комуникација, работиме на точка без светлина. Сепак, овој метод на контрола на фазната разлика преку загревање и дисипација на топлина за контрола на излезниот сигнал трае многу долго и едноставно не може да ги задоволи нашите барања за пренос на 100 Gbps во секунда. Затоа, мора да најдеме начин да постигнеме побрза стапка на модулација.

Електричниот дел главно се состои од делот на PN спојот кој треба да го промени индексот на прекршување при висока фреквенција и структурата на електродата на патувачки бран што одговара на брзината на електричниот сигнал и оптичкиот сигнал. Принципот на промена на индексот на прекршување е ефектот на плазма дисперзија, познат и како ефект на дисперзија на слободни носители. Се однесува на физичкиот ефект дека кога концентрацијата на слободни носители во полупроводнички материјал се менува, реалните и имагинарните делови од сопствениот индекс на прекршување на материјалот исто така се менуваат соодветно. Кога концентрацијата на носители во полупроводничките материјали се зголемува, коефициентот на апсорпција на материјалот се зголемува, додека реалниот дел од индексот на прекршување се намалува. Слично, кога носителите во полупроводничките материјали се намалуваат, коефициентот на апсорпција се намалува, додека реалниот дел од индексот на прекршување се зголемува. Со таков ефект, во практични апликации, модулацијата на високофреквентните сигнали може да се постигне со регулирање на бројот на носители во преносниот брановод. На крајот, сигналите 0 и 1 се појавуваат на излезната позиција, вчитувајќи електрични сигнали со голема брзина на амплитудата на интензитетот на светлината. Начинот да се постигне ова е преку PN спојот. Слободните носители на чист силициум се многу малку, а промената во количината е недоволна за да се задоволи промената во индексот на прекршување. Затоа, потребно е да се зголеми базата на носители во преносниот брановод со допирање на силициум за да се постигне промената во индексот на прекршување, со што се постигнува модулација со поголема брзина.