Silisyum fotonik Mach-Zehnder modülatörünü tanıtınMZM modülatörü
Mach-Zehnder modülatörü, 400G/800G silikon fotonik modüllerinde verici ucundaki en önemli bileşendir. Şu anda, seri üretim silikon fotonik modüllerin verici ucunda iki tür modülatör bulunmaktadır: Bunlardan biri, 4 kanallı/8 kanallı paralel yaklaşımla 800 Gbps veri iletimi sağlayan ve çoğunlukla veri merkezleri ve GPU'larda kullanılan, tek kanallı 100 Gbps çalışma moduna dayalı PAM4 modülatörüdür. Elbette, 100 Gbps hızında seri üretimden sonra EML ile rekabet edecek tek kanallı 200 Gbps silikon fotonik Mach-Zender modülatörü de çok uzakta değil. İkinci tür iseIQ modülatörüUzun mesafeli tutarlı optik haberleşmede uygulanır. Şu anda bahsedilen tutarlı batma, büyükşehir omurga ağında binlerce kilometreden başlayıp 80 ila 120 kilometreye kadar uzanan ZR optik modüllerine ve hatta gelecekte 10 kilometreye kadar uzanan LR optik modüllerine kadar uzanan optik modüllerin iletim mesafesini ifade eder.
Yüksek hız ilkesisilikon modülatörlerİki bölüme ayrılabilir: optik ve elektrik.
Optik kısım: Temel prensip bir Mach-Zehnder interferometresidir. Bir ışık demeti, 50-50 ışın ayırıcıdan geçer ve eşit enerjiye sahip iki ışık demeti haline gelir ve bu demetler modülatörün iki kolunda iletilmeye devam eder. Kollardan birinde faz kontrolü yapılarak (yani, silikonun kırılma indisi bir ısıtıcı tarafından değiştirilerek bir kolun yayılma hızı değiştirilir), son ışın birleşimi her iki kolun çıkışında gerçekleştirilir. Girişim faz uzunluğu (her iki kolun tepe noktalarının aynı anda ulaştığı nokta) ve girişim iptali (faz farkının 90° olduğu ve tepe noktalarının çukur noktalarının karşısında olduğu nokta) girişim yoluyla elde edilebilir ve böylece ışık yoğunluğu modüle edilebilir (dijital sinyallerde 1 ve 0 olarak anlaşılabilir). Bu, basit bir anlayış ve aynı zamanda pratikte çalışma noktası için bir kontrol yöntemidir. Örneğin, veri iletişiminde tepe noktasından 3 dB daha düşük bir noktada çalışırken, tutarlı iletişimde hiç ışık noktası olmadan çalışırız. Ancak, çıkış sinyalini kontrol etmek için ısıtma ve ısı dağılımı yoluyla faz farkını kontrol eden bu yöntem çok uzun zaman alıyor ve saniyede 100 Gpbs iletim hızı ihtiyacımızı karşılayamıyor. Bu nedenle, daha hızlı bir modülasyon hızına ulaşmanın bir yolunu bulmalıyız.
Elektriksel bölüm, esas olarak yüksek frekansta kırılma indisini değiştirmesi gereken PN bağlantı bölümü ve elektrik sinyali ile optik sinyalin hızına uyum sağlayan hareketli dalga elektrot yapısından oluşur. Kırılma indisini değiştirme prensibi, serbest taşıyıcı dağılım etkisi olarak da bilinen plazma dağılım etkisidir. Bu etki, bir yarı iletken malzemedeki serbest taşıyıcıların konsantrasyonu değiştiğinde, malzemenin kendi kırılma indisinin gerçek ve sanal kısımlarının da buna bağlı olarak değiştiği fiziksel etkiyi ifade eder. Yarı iletken malzemelerdeki taşıyıcı konsantrasyonu arttığında, malzemenin emilim katsayısı artarken kırılma indisinin gerçek kısmı azalır. Benzer şekilde, yarı iletken malzemelerdeki taşıyıcılar azaldığında, emilim katsayısı azalırken kırılma indisinin gerçek kısmı artar. Böyle bir etkiyle, pratik uygulamalarda, iletim dalga kılavuzundaki taşıyıcı sayısı düzenlenerek yüksek frekanslı sinyallerin modülasyonu sağlanabilir. Sonuç olarak, çıkış konumunda 0 ve 1 sinyalleri belirir ve yüksek hızlı elektrik sinyalleri ışık yoğunluğunun genliğine yüklenir. Bunu başarmanın yolu PN bağlantısıdır. Saf silisyumun serbest taşıyıcıları çok azdır ve miktardaki değişim, kırılma indisindeki değişimi karşılamaya yetmemektedir. Bu nedenle, kırılma indisindeki değişimi sağlamak için iletim dalga kılavuzundaki taşıyıcı tabanını silisyum katkılayarak artırmak ve böylece daha yüksek hız modülasyonu elde etmek gerekir.
Gönderim zamanı: 12 Mayıs 2025