Кремний фотонды Мах-Цендер модуляторын енгізуMZM модуляторы
Mach-Zehnder модуляторы 400G/800G кремний фотондық модульдеріндегі таратқыш ұшындағы ең маңызды компонент болып табылады. Қазіргі уақытта жаппай өндірілген кремний фотондық модульдердің таратқыш ұшында екі түрлі модулятор бар: Бір түрі - 4 арналы / 8 арналы параллель тәсіл арқылы 800 Гбит/с деректерді беруді қамтамасыз ететін және негізінен деректер орталықтарында және GPU-да қолданылатын бір арналы 100 Гбит/с жұмыс режиміне негізделген PAM4 модуляторы. Әрине, 100 Гбит/с жылдамдықта жаппай өндірілгеннен кейін EML-мен бәсекелесетін бір арналы 200 Гбит/с кремний фотондық Mach-Zender модуляторы алыс емес. Екінші түрі -IQ модуляторыұзақ қашықтықтағы когерентті оптикалық байланыста қолданылады. Қазіргі кезеңде айтылған когерентті бату метрополитен магистральдық желісіндегі мыңдаған километрден бастап 80-нен 120 километрге дейінгі ZR оптикалық модульдеріне, тіпті болашақта 10 километрге дейінгі LR оптикалық модульдеріне дейінгі оптикалық модульдердің беру қашықтығын білдіреді.
Жоғары жылдамдық принципікремний модуляторларыекі бөлікке бөлуге болады: оптика және электр.
Оптикалық бөлік: Негізгі принцип - Мах-Цендер интерферометрі. Жарық шоғы 50-50 сәуле бөлгіштен өтіп, бірдей энергиялы екі жарық шоғына айналады, олар модулятордың екі иығында беріліп отырады. Бір иіндегі фазаны басқару арқылы (яғни, кремнийдің сыну көрсеткіші жылытқышпен бір иіннің таралу жылдамдығын өзгерту үшін өзгертіледі), соңғы сәуле комбинациясы екі иіннің шығысында жүзеге асырылады. Интерференция фазасының ұзындығына (екі иіннің шыңдары бір мезгілде жететін жерде) және интерференцияны болдырмауға (фаза айырмашылығы 90° және шыңдар ойықтарға қарама-қарсы орналасқан жерде) интерференция арқылы қол жеткізуге болады, осылайша жарық қарқындылығын модуляциялауға болады (оны сандық сигналдарда 1 және 0 деп түсінуге болады). Бұл қарапайым түсінік және практикалық жұмыстағы жұмыс нүктесін басқару әдісі. Мысалы, деректер байланысында біз шыңнан 3 дБ төмен нүктеде жұмыс істейміз, ал когерентті байланыста біз жарықсыз нүктеде жұмыс істейміз. Дегенмен, шығыс сигналын басқару үшін қыздыру және жылу тарату арқылы фаза айырмашылығын басқарудың бұл әдісі өте ұзақ уақытты алады және секундына 100 Гбит/с жылдамдықпен беру талабымызды қанағаттандыра алмайды. Сондықтан модуляцияның жылдамдығын арттырудың жолын табуымыз керек.
Электрлік бөлім негізінен жоғары жиіліктегі сыну көрсеткішін өзгертуі қажет PN түйіспе бөлімінен және электр сигналы мен оптикалық сигналдың жылдамдығына сәйкес келетін қозғалмалы толқын электродының құрылымынан тұрады. Сыну көрсеткішін өзгерту принципі - плазмалық дисперсия эффектісі, ол еркін тасымалдаушылардың дисперсия эффектісі деп те аталады. Бұл жартылай өткізгіш материалдағы еркін тасымалдаушылардың концентрациясы өзгерген кезде, материалдың өзіндік сыну көрсеткішінің нақты және жорамал бөліктері де сәйкесінше өзгеретін физикалық әсерді білдіреді. Жартылай өткізгіш материалдардағы тасымалдаушылардың концентрациясы артқан кезде, материалдың жұтылу коэффициенті артады, ал сыну көрсеткішінің нақты бөлігі төмендейді. Сол сияқты, жартылай өткізгіш материалдардағы тасымалдаушылар азайған кезде, жұтылу коэффициенті төмендейді, ал сыну көрсеткішінің нақты бөлігі артады. Мұндай әсермен практикалық қолдануда жоғары жиілікті сигналдарды модуляциялауға беріліс толқынжолындағы тасымалдаушылар санын реттеу арқылы қол жеткізуге болады. Ақырында, шығыс позициясында 0 және 1 сигналдары пайда болады, жоғары жылдамдықты электр сигналдарын жарық қарқындылығының амплитудасына жүктейді. Бұған жету жолы - PN түйін арқылы. Таза кремнийдің бос тасымалдаушылары өте аз, ал санның өзгеруі сыну көрсеткішінің өзгеруін қанағаттандыру үшін жеткіліксіз. Сондықтан, сыну көрсеткішінің өзгеруіне қол жеткізу үшін кремнийді легирлеу арқылы беріліс толқын өткізгішіндегі тасымалдаушы базасын арттыру қажет, осылайша жоғары жылдамдықты модуляцияға қол жеткізуге болады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 12 мамыр