Presentamos el modulador fotónico de silicio Mach-Zende, modulador MZM.

Presentamos el modulador fotónico de silicio Mach-ZendeModulador MZM

ElMach-zende modulador 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: un modulador PAM4, basado en un modo de funcionamiento de un solo canal de 100 Gbps, logra una transmisión de datos de 800 Gbps mediante un enfoque paralelo de 4/8 canales y se aplica principalmente en centros de datos y GPU. Por supuesto, un modulador Mach-Zeonde de fotónica de silicio de un solo canal de 200 Gbps, que competirá con el EML tras la producción en masa a 100 Gbps, no debería estar muy lejos. El segundo tipo es elModulador de CISe aplica en comunicaciones ópticas coherentes de larga distancia. El hundimiento coherente mencionado en la etapa actual se refiere a la distancia de transmisión de módulos ópticos que abarca desde miles de kilómetros en la red troncal metropolitana hasta módulos ópticos ZR de entre 80 y 120 kilómetros, e incluso módulos ópticos LR de hasta 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 Mach-Zeund. Un haz de luz pasa a través de un divisor de haz 50/50 y se convierte en dos haces de luz con la misma energía, que continúan transmitiéndose en los dos brazos del modulador. Mediante el control de fase en uno de los brazos (es decir, el índice de refracción del silicio se modifica mediante un calentador para modificar la velocidad de propagación de un brazo), la combinación final de haces se realiza a la salida de ambos brazos. La longitud de fase de interferencia (donde los picos de ambos brazos se alcanzan simultáneamente) y la cancelación de interferencias (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 puede entenderse como 1 y 0 en señales digitales). Esto es una comprensión sencilla y también un método de control para el punto de trabajo en la práctica. 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 cumple con nuestro requisito de transmisión de 100 Gpbs por segundo. Por lo tanto, debemos encontrar una manera de lograr una velocidad de modulación más rápida.

La sección eléctrica consta principalmente de la sección de la unión PN, que modifica el índice de refracción a alta frecuencia, y la estructura del electrodo de onda viajera, que adapta la velocidad de la señal eléctrica a la señal óptica. El principio de la 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 se refiere al efecto físico que se produce cuando la concentración de portadores libres en un material semiconductor cambia, afectando también las partes real e imaginaria de su propio índice de refracción. Al aumentar la concentración de portadores en los materiales semiconductores, el coeficiente de absorción del material aumenta, mientras que la parte real del índice de refracción disminuye. De igual manera, al disminuir la cantidad de portadores en los materiales semiconductores, el coeficiente de absorción disminuye, mientras que la parte real del índice de refracción aumenta. Con este efecto, en la práctica, la modulación de señales de alta frecuencia se puede lograr regulando el número de portadores en la guía de ondas de transmisión. Finalmente, aparecen señales 0 y 1 en la salida, cargando señales eléctricas de alta velocidad con la amplitud de la intensidad luminosa. Esto se logra a través de la unión PN. Los portadores libres de silicio puro son muy escasos, y su variación en la cantidad es insuficiente para compensar la variación del índice de refracción. Por lo tanto, es necesario aumentar la base de portadores en la guía de onda de transmisión mediante dopaje de silicio para lograr la variación del índice de refracción y, así, lograr una mayor tasa de modulación.