Představujeme křemíkový fotonický Mach-Zendeho modulátorModulátor MZM
Ten/Ta/ToMach-zende modulator je nejdůležitější součástí na straně vysílače v křemíkových fotonických modulech 400G/800G. V současné době existují dva typy modulátorů na straně vysílače sériově vyráběných křemíkových fotonických modulů: Jedním typem je modulátor PAM4 založený na jednokanálovém 100Gbps pracovním režimu, který dosahuje 800Gbps přenosu dat prostřednictvím 4/8kanálového paralelního přístupu a používá se hlavně v datových centrech a GPU. Samozřejmě by jednokanálový 200Gbps křemíkový fotonický Mach-Zeonde modulátor, který bude po hromadné výrobě konkurovat EML s rychlostí 100Gbps, neměl být daleko. Druhým typem je...Modulátor IQpoužívá se v koherentní optické komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Koherentní klesání, o kterém se v současné době hovoří, se vztahuje na přenosovou vzdálenost optických modulů v rozmezí tisíců kilometrů v metropolitní páteřní síti až po optické moduly ZR v rozmezí 80 až 120 kilometrů a v budoucnu dokonce až po optické moduly LR v rozmezí 10 kilometrů.
Princip vysoké rychlostikřemíkové modulátorylze rozdělit na dvě části: optiku a elektřinu.
Optická část: Základním principem je Mach-Zeundův interferometr. Světelný paprsek prochází děličem paprsku 50-50 a stává se dvěma paprsky světla se stejnou energií, které jsou dále přenášeny ve dvou ramenech modulátoru. Fázovým řízením na jednom z ramen (tj. index lomu křemíku se mění pomocí ohřívače, aby se změnila rychlost šíření jednoho ramene) se na výstupu z obou ramen provádí finální kombinace paprsků. Interferencí lze dosáhnout fázové délky interference (kde vrcholy obou ramen dosáhnou současně) a potlačení interference (kde fázový rozdíl je 90° a vrcholy jsou protilehlé k minimům), čímž se moduluje intenzita světla (kterou lze v digitálních signálech chápat jako 1 a 0). Toto je jednoduché pochopení a zároveň metoda řízení pracovního bodu v praxi. Například v datové komunikaci pracujeme v bodě o 3 dB níže než vrchol a v koherentní komunikaci pracujeme v bodě bez světelného bodu. Tato metoda řízení fázového rozdílu pomocí ohřevu a odvodu tepla za účelem řízení výstupního signálu však trvá velmi dlouho a jednoduše nedokáže splnit náš požadavek na přenos 100 Gb/s. Proto musíme najít způsob, jak dosáhnout rychlejší modulace.
Elektrická část se skládá hlavně z PN přechodu, který musí měnit index lomu při vysokých frekvencích, a struktury elektrody s postupnou vlnou, která přizpůsobuje rychlost elektrického signálu a optickému signálu. Principem změny indexu lomu je efekt plazmové disperze, známý také jako efekt disperze volných nosičů. Jedná se o fyzikální jev, kdy se změnou koncentrace volných nosičů v polovodičovém materiálu mění i reálná a imaginární část indexu lomu materiálu. Když se koncentrace nosičů v polovodičových materiálech zvyšuje, absorpční koeficient materiálu se zvyšuje, zatímco reálná část indexu lomu se snižuje. Podobně, když se počet nosičů v polovodičových materiálech snižuje, absorpční koeficient se snižuje, zatímco reálná část indexu lomu se zvyšuje. S tímto efektem lze v praktických aplikacích dosáhnout modulace vysokofrekvenčních signálů regulací počtu nosičů v přenosovém vlnovodu. Nakonec se na výstupu objeví signály 0 a 1, které načítají vysokorychlostní elektrické signály do amplitudy intenzity světla. Způsob, jak toho dosáhnout, je pomocí PN přechodu. Volných nosičů náboje v čistém křemíku je velmi málo a změna jejich množství není dostatečná k pokrytí změny indexu lomu. Proto je nutné zvýšit počet nosičů náboje v propustném vlnovodu dopováním křemíku, aby se dosáhlo změny indexu lomu, a tím i vyšší rychlosti modulace.
Čas zveřejnění: 12. května 2025