Presentamos el modulador fotónico de Mach-Zehnder de silicio.modulador MZM
El modulador Mach-Zehnder es el componente más importante en el extremo del transmisor en los módulos fotónicos de silicio de 400G/800G. Actualmente, existen dos tipos de moduladores en el extremo del transmisor de los módulos fotónicos de silicio producidos en masa: Un tipo es el modulador PAM4 basado en un modo de funcionamiento de un solo canal de 100 Gbps, que logra una transmisión de datos de 800 Gbps a través de un enfoque paralelo de 4 canales/8 canales y se aplica principalmente en centros de datos y GPU. Por supuesto, un modulador Mach-Zehnder fotónico de silicio de un solo canal de 200 Gbps que competirá con EML después de la producción en masa a 100 Gbps no debería estar muy lejos. El segundo tipo es elmodulador de CIAplicado en la comunicación óptica coherente de larga distancia. El hundimiento coherente mencionado en la etapa actual 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 que van desde 80 a 120 kilómetros, e incluso a módulos ópticos LR que van desde 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 pasa a través de un divisor de haz 50-50 y se divide en dos haces de luz con energía igual, que se transmiten por 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 un 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 pueden lograr mediante interferencia, modulando así la intensidad de la luz (que se puede entender como 1 y 0 en señales digitales). Esta es una explicación sencilla y también un método de control para el punto de operación en el trabajo práctico. Por ejemplo, en la comunicación de datos, trabajamos en un punto 3 dB por debajo del pico, y en la comunicación coherente, trabajamos en un punto sin luz. Sin embargo, este método de controlar la diferencia de fase mediante calentamiento y disipación de calor para controlar la señal de salida requiere mucho tiempo y simplemente no satisface nuestro requisito de transmitir 100 Gbps por segundo. Por lo tanto, debemos encontrar una manera de lograr una velocidad de modulación más rápida.
La sección eléctrica consta principalmente de la unión PN, que requiere modificar el índice de refracción a alta frecuencia, y de la estructura de electrodos de onda viajera, que adapta la velocidad de la señal eléctrica y la señal óptica. El principio de modificación del índice de refracción se basa en el efecto de dispersión de plasma, también conocido como efecto de dispersión de portadores libres. Este efecto físico se produce cuando la concentración de portadores libres en un material semiconductor varía, modificando así las partes real e imaginaria de su índice de refracción. Al aumentar la concentración de portadores en los materiales semiconductores, el coeficiente de absorción aumenta, mientras que la parte real del índice de refracción disminuye. De forma 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 la cantidad de portadores en la guía de onda de transmisión. Finalmente, se obtienen señales de 0 y 1 en la salida, lo que permite modular la amplitud de la intensidad luminosa mediante señales eléctricas de alta velocidad. Esto se logra mediante la unión PN. Los portadores libres del silicio puro son muy escasos, y el cambio 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 ondas de transmisión mediante el dopaje del silicio para lograr la variación del índice de refracción y, de esta forma, conseguir una modulación de mayor velocidad.
Fecha de publicación: 12 de mayo de 2025