Silikon fotonik Mach-Zehnder modülatörü MZM modülatörünü tanıtıyoruz.

Silikon fotonik Mach-Zehnder modülatörünü tanıtıyoruz.MZM modülatörü

Mach-Zehnder modülatörü, 400G/800G silikon fotonik modüllerde verici ucundaki en önemli bileşendir. Şu anda, seri üretilen silikon fotonik modüllerin verici ucunda iki tür modülatör bulunmaktadır: Birincisi, tek kanallı 100 Gbps çalışma moduna dayalı PAM4 modülatörüdür; bu modülatör, 4 kanallı/8 kanallı paralel yaklaşım yoluyla 800 Gbps veri iletimi sağlar ve esas olarak veri merkezlerinde ve GPU'larda kullanılır. Elbette, seri üretimden sonra 100 Gbps'de EML ile rekabet edecek tek kanallı 200 Gbps silikon fotonik Mach-Zender modülatörünün de yakında piyasaya sürülmesi bekleniyor. İkinci tür ise...IQ modülatörüUzun mesafeli tutarlı optik iletişimde uygulanmaktadır. Mevcut aşamada bahsedilen tutarlı iletim, metropol omurga ağındaki binlerce kilometreden, 80 ila 120 kilometreye kadar uzanan ZR optik modüllere ve hatta gelecekte 10 kilometreye kadar uzanan LR optik modüllere kadar optik modüllerin iletim mesafesini ifade etmektedir.

Yüksek hız prensibisilikon modülatörlerOptik ve elektrik olmak üzere iki kısma ayrılabilir.

Optik kısım: Temel prensip Mach-Zehnder interferometresidir. Bir ışık demeti 50-50 oranında bir ışın ayırıcıdan geçer ve eşit enerjiye sahip iki ışık demetine dönüşür; bu demetler modülatörün iki kolunda iletilmeye devam eder. Kollardan birinde faz kontrolü (yani, silikonun kırılma indisi bir ısıtıcı ile değiştirilerek bir kolun yayılma hızı değiştirilir) ile her iki kolun çıkışında nihai ışın birleşimi gerçekleştirilir. Girişim faz uzunluğu (her iki kolun tepe noktalarının aynı anda ulaştığı nokta) ve girişim iptali (faz farkının 90° olduğu ve tepe noktalarının çukur noktalarına zıt olduğu nokta) girişim yoluyla elde edilebilir, böylece ışık yoğunluğu modüle edilir (dijital sinyallerde 1 ve 0 olarak anlaşılabilir). Bu basit bir anlayıştır ve aynı zamanda pratik çalışmalarda çalışma noktası için bir kontrol yöntemidir. Örneğin, veri iletişiminde tepe noktasından 3 dB daha düşük bir noktada çalışırız ve tutarlı iletişimde ışık noktası olmayan bir noktada çalışırız. Ancak, çıkış sinyalini kontrol etmek için ısıtma ve ısı dağıtımı yoluyla faz farkını kontrol etme yöntemi çok uzun sürüyor ve saniyede 100 Gbps iletim ihtiyacımızı karşılayamıyor. Bu nedenle, daha hızlı bir modülasyon hızı elde etmenin bir yolunu bulmalıyız.

Elektriksel bölüm esas olarak yüksek frekansta kırılma indeksini değiştirmesi gereken PN bağlantı bölümünden ve elektriksel sinyalin hızı ile optik sinyalin hızını eşleştiren hareketli dalga elektrot yapısından oluşur. Kırılma indeksini değiştirme prensibi, serbest taşıyıcı dağılım etkisi olarak da bilinen plazma dağılım etkisidir. Bu, bir yarı iletken malzemede serbest taşıyıcıların konsantrasyonu değiştiğinde, malzemenin kendi kırılma indeksinin gerçek ve sanal kısımlarının da buna göre değiştiği fiziksel etkiyi ifade eder. Yarı iletken malzemelerde taşıyıcı konsantrasyonu arttığında, malzemenin soğurma katsayısı artarken kırılma indeksinin gerçek kısmı azalır. Benzer şekilde, yarı iletken malzemelerde taşıyıcılar azaldığında, soğurma katsayısı azalırken kırılma indeksinin gerçek kısmı artar. Bu etkiyle, pratik uygulamalarda, iletim dalga kılavuzundaki taşıyıcı sayısını düzenleyerek yüksek frekanslı sinyallerin modülasyonu sağlanabilir. Sonuç olarak, çıkış konumunda 0 ve 1 sinyalleri ortaya çıkar ve yüksek hızlı elektriksel sinyaller ışık yoğunluğunun genliğine yüklenir. Bunu başarmanın yolu PN eklemi üzerinden geçer. Saf silikonun serbest taşıyıcıları çok azdır ve miktardaki değişim, kırılma indeksindeki değişimi karşılamak için yetersizdir. Bu nedenle, kırılma indeksindeki değişimi sağlamak ve böylece daha yüksek hızda modülasyon elde etmek için silikonu katkılayarak iletim dalga kılavuzundaki taşıyıcı tabanını artırmak gereklidir.