Presentamos el modulador Mach-Zehnder fotónico de silicio.modulador MZM
El modulador Mach-Zehnder es el componente más importante en el extremo transmisor de los módulos fotónicos de silicio de 400G/800G. Actualmente, existen dos tipos de moduladores en el extremo transmisor de los módulos fotónicos de silicio producidos en masa: uno es el modulador PAM4, basado en un modo de funcionamiento de un solo canal a 100 Gbps, que logra la transmisión de datos a 800 Gbps mediante un enfoque paralelo de 4 u 8 canales y se aplica principalmente en centros de datos y GPU. Por supuesto, no debería tardar en aparecer un modulador Mach-Zehnder de fotónica de silicio de un solo canal a 200 Gbps que compita con el EML tras su producción en masa a 100 Gbps. El segundo tipo es elmodulador de CISe aplica en comunicaciones ópticas coherentes de larga distancia. La transmisión coherente a la que se hace referencia en la actualidad se refiere a la distancia de transmisión de módulos ópticos, que va desde miles de kilómetros en la red troncal metropolitana hasta módulos ópticos ZR con un alcance de entre 80 y 120 kilómetros, e incluso a módulos ópticos LR con un alcance de tan solo 10 kilómetros en el futuro.
El principio de alta velocidadmoduladores de silicioSe puede dividir en dos partes: óptica y electricidad.
Parte óptica: El principio básico es un interferómetro de Mach-Zehnder. Un haz de luz atraviesa un divisor de haz 50-50 y se divide en dos haces de igual energía, que se transmiten a través de los dos brazos del modulador. Mediante el control de fase en uno de los brazos (es decir, se modifica el índice de refracción del silicio mediante un calentador para alterar la velocidad de propagación de dicho brazo), se realiza la combinación final de los haces a la salida de ambos brazos. La longitud de fase de interferencia (donde los picos de ambos brazos coinciden) y la cancelación de interferencia (donde la diferencia de fase es de 90° y los picos son opuestos a los valles) se logran mediante interferencia, modulando así la intensidad de la luz (que se puede interpretar como 1 y 0 en señales digitales). Este es un método sencillo de comprensión y también un método de control para el punto de operación en la práctica. Por ejemplo, en la comunicación de datos, se trabaja en un punto 3 dB por debajo del pico, y en la comunicación coherente, se trabaja en ausencia de emisión de luz. Sin embargo, este método para controlar la diferencia de fase mediante calentamiento y disipación de calor para controlar la señal de salida es muy lento y no cumple con nuestro requisito de transmisión de 100 Gbps. Por lo tanto, debemos encontrar una manera de lograr una modulación más rápida.
La sección eléctrica consta principalmente de la unión PN, que requiere la modificación del índice de refracción a alta frecuencia, y de la estructura de electrodos de onda viajera, que adapta la velocidad de la señal eléctrica a la de la señal óptica. El principio de la modificación del índice de refracción se basa en el efecto de dispersión plasmónica, también conocido como efecto de dispersión de portadores libres. Este efecto físico se refiere a la variación de las partes real e imaginaria del índice de refracción del material semiconductor al cambiar la concentración de portadores libres. Al aumentar la concentración de portadores, el coeficiente de absorción del material aumenta, mientras que la parte real del índice de refracción disminuye. De manera similar, al disminuir la concentración de portadores, el coeficiente de absorción disminuye, mientras que la parte real del índice de refracción aumenta. Mediante este efecto, en aplicaciones prácticas, se puede modular la señal de alta frecuencia regulando el número de portadores en la guía de onda de transmisión. Finalmente, aparecen señales 0 y 1 en la salida, lo que permite superponer señales eléctricas de alta velocidad a la amplitud de la intensidad de la luz. Esto se logra mediante la unión PN. Los portadores libres del silicio puro son muy escasos, y la variación en su cantidad es insuficiente para compensar la variación del índice de refracción. Por lo tanto, es necesario aumentar la concentración de portadores en la guía de onda de transmisión mediante el dopaje del silicio para lograr dicha variación en el índice de refracción, consiguiendo así una modulación de mayor velocidad.
Fecha de publicación: 12 de mayo de 2025