Predstavujeme kremíkový fotonický Mach-Zendeho modulátorMZM modulátor
Ten/Tá/ToMach-zende modulator je najdôležitejšou súčasťou vysielača v kremíkových fotonických moduloch 400G/800G. V súčasnosti existujú dva typy modulátorov na vysielači sériovo vyrábaných kremíkových fotonických modulov: Jedným typom je modulátor PAM4 založený na jednokanálovom pracovnom režime 100 Gbps, ktorý dosahuje prenos dát rýchlosťou 800 Gbps prostredníctvom 4-kanálového / 8-kanálového paralelného prístupu a používa sa hlavne v dátových centrách a GPU. Samozrejme, jednokanálový 200 Gbps kremíkový fotonický modulátor Mach-Zeonde, ktorý bude po sériovej výrobe konkurovať EML s rýchlosťou 100 Gbps, by nemal byť ďaleko. Druhým typom je...Modulátor IQpoužívané v koherentnej optickej komunikácii na dlhé vzdialenosti. Koherentné klesanie uvedené v súčasnosti sa vzťahuje na prenosovú vzdialenosť optických modulov v rozmedzí od tisícov kilometrov v metropolitnej chrbticovej sieti až po optické moduly ZR v rozmedzí od 80 do 120 kilometrov a dokonca aj po optické moduly LR v rozmedzí od 10 kilometrov v budúcnosti.
Princíp vysokej rýchlostikremíkové modulátorymožno rozdeliť na dve časti: optiku a elektrickú energiu.
Optická časť: Základným princípom je Mach-Zeundov interferometer. Svetelný lúč prechádza cez delič lúča 50-50 a stáva sa z dvoch svetelných lúčov s rovnakou energiou, ktoré sa ďalej prenášajú v oboch ramenách modulátora. Fázovým riadením na jednom z ramien (t. j. index lomu kremíka sa mení ohrievačom, aby sa zmenila rýchlosť šírenia jedného ramena) sa na výstupe z oboch ramien vykoná konečná kombinácia lúčov. Interferenciou je možné dosiahnuť fázovú dĺžku interferencie (kde vrcholy oboch ramien dosahujú súčasne) a potlačenie interferencie (kde fázový rozdiel je 90° a vrcholy sú oproti minimám), čím sa moduluje intenzita svetla (ktorú možno v digitálnych signáloch chápať ako 1 a 0). Toto je jednoduché pochopenie a zároveň metóda riadenia pracovného bodu v praktickej práci. Napríklad v dátovej komunikácii pracujeme v bode o 3 dB nižšie ako vrchol a v koherentnej komunikácii pracujeme v bode bez svetelného bodu. Táto metóda riadenia fázového rozdielu prostredníctvom ohrevu a odvodu tepla na riadenie výstupného signálu však trvá veľmi dlho a jednoducho nedokáže splniť našu požiadavku na prenos 100 Gb/s. Preto musíme nájsť spôsob, ako dosiahnuť rýchlejšiu moduláciu.
Elektrická časť pozostáva hlavne z PN prechodu, ktorý musí meniť index lomu pri vysokej frekvencii, a zo štruktúry elektródy postupujúcej vlny, ktorá prispôsobuje rýchlosť elektrického signálu a optickému signálu. Princípom zmeny indexu lomu je efekt plazmovej disperzie, známy aj ako efekt disperzie voľných nosičov. Ide o fyzikálny jav, pri ktorom sa pri zmene koncentrácie voľných nosičov v polovodičovom materiáli zodpovedajúcim spôsobom menia aj reálne a imaginárne časti indexu lomu materiálu. Keď sa koncentrácia nosičov v polovodičových materiáloch zvyšuje, koeficient absorpcie materiálu sa zvyšuje, zatiaľ čo reálna časť indexu lomu sa znižuje. Podobne, keď sa počet nosičov v polovodičových materiáloch znižuje, koeficient absorpcie sa znižuje, zatiaľ čo reálna časť indexu lomu sa zvyšuje. Vďaka tomuto efektu je možné v praktických aplikáciách dosiahnuť moduláciu vysokofrekvenčných signálov reguláciou počtu nosičov v prenosovom vlnovode. Nakoniec sa na výstupe objavia signály 0 a 1, ktoré načítajú amplitúdu intenzity svetla vysokorýchlostnými elektrickými signálmi. Spôsob, ako to dosiahnuť, je prostredníctvom PN prechodu. Voľných nosičov náboja v čistom kremíku je veľmi málo a zmena ich množstva nie je dostatočná na to, aby sa vyrovnala zmena indexu lomu. Preto je potrebné zvýšiť počet nosičov náboja v prenosovom vlnovode dopovaním kremíka, aby sa dosiahla zmena indexu lomu, a tým aj vyššia rýchlosť modulácie.
Čas uverejnenia: 12. mája 2025