הצגת מודולטור MZM של מאך-זנדה מסיליקון פוטוני

הציגו את מודולטור הפוטוני של סיליקון מאך-זנדהמודולטור MZM

המאך-זנדה מודולטוr הוא הרכיב החשוב ביותר בקצה המשדר במודולי סיליקון פוטוניים 400G/800G. נכון לעכשיו, ישנם שני סוגים של מודולטורים בקצה המשדר של מודולי סיליקון פוטוניים המיוצרים בייצור המוני: סוג אחד הוא מודולטור PAM4 המבוסס על מצב עבודה חד-ערוצי של 100Gbps, אשר משיג העברת נתונים של 800Gbps דרך גישה מקבילית של 4 ערוצים / 8 ערוצים ומיושם בעיקר במרכזי נתונים ובמעבדים גרפיים. כמובן, מודולטור מאך-ז'ונדה סיליקון פוטוניקה חד-ערוצי של 200Gbps שיתחרה ב-EML לאחר ייצור המוני במהירות 100Gbps לא אמור להיות רחוק. הסוג השני הוא ה...מודולטור IQמיושם בתקשורת אופטית קוהרנטית למרחקים ארוכים. השקיעה הקוהרנטית שהוזכרה בשלב הנוכחי מתייחסת למרחק השידור של מודולים אופטיים הנע בין אלפי קילומטרים ברשת השדרה המטרופולינית, למודולים אופטיים ZR הנע בין 80 ל-120 קילומטרים, ואף למודולים אופטיים LR הנע בין 10 קילומטרים בעתיד.

עקרון המהירות הגבוההמודולטורים של סיליקוןניתן לחלק לשני חלקים: אופטיקה וחשמל.

חלק אופטי: העיקרון הבסיסי הוא אינטרפרומטר מאך-זונד. קרן אור עוברת דרך מפצל אלומה 50-50 והופכת לשתי אלומות אור בעלות אנרגיה שווה, אשר ממשיכות להיות מועברות בשתי זרועות המודולטור. באמצעות בקרת פאזה על אחת הזרועות (כלומר, מקדם השבירה של הסיליקון משתנה על ידי גוף חימום כדי לשנות את מהירות ההתפשטות של זרוע אחת), שילוב האלומה הסופי מתבצע ביציאה משתי הזרועות. ניתן להשיג אורך פאזה של הפרעה (כאשר שיאי שתי הזרועות מגיעים בו זמנית) וביטול הפרעות (כאשר הפרש הפאזה הוא 90° והשיאים מנוגדים לשפלים) באמצעות הפרעה, ובכך לווסת את עוצמת האור (אותה ניתן להבין כ-1 ו-0 באותות דיגיטליים). זוהי הבנה פשוטה וגם שיטת בקרה לנקודת העבודה בעבודה מעשית. לדוגמה, בתקשורת נתונים, אנו עובדים בנקודה נמוכה ב-3dB מהשיא, ובתקשורת קוהרנטית, אנו עובדים בנקודת אור ללא נקודת אור. עם זאת, שיטה זו של שליטה בהפרש הפאזה באמצעות חימום ופיזור חום כדי לשלוט על אות הפלט אורכת זמן רב מאוד ופשוט אינה יכולה לעמוד בדרישה שלנו לשידור של 100 ג'יגה-ביט לשנייה. לכן, עלינו למצוא דרך להשיג קצב אפנון מהיר יותר.

החלק החשמלי מורכב בעיקר מחלק צומת PN שצריך לשנות את מקדם השבירה בתדר גבוה, וממבנה אלקטרודת גל נע שמתאים למהירות האות החשמלי והאות האופטי. עקרון שינוי מקדם השבירה הוא אפקט פיזור הפלזמה, המכונה גם אפקט פיזור נושאי גלים חופשיים. הוא מתייחס לאפקט הפיזיקלי שכאשר ריכוז נושאי הגלים החופשיים בחומר מוליך למחצה משתנה, גם החלקים הממשיים והמדומים של מקדם השבירה של החומר משתנים בהתאם. כאשר ריכוז נושאי הגלים בחומרי מוליכים למחצה עולה, מקדם הבליעה של החומר עולה בעוד שהחלק הממשי של מקדם השבירה יורד. באופן דומה, כאשר נושאי הגלים בחומרי מוליכים למחצה יורדים, מקדם הבליעה יורד בעוד שהחלק הממשי של מקדם השבירה עולה. עם אפקט כזה, ביישומים מעשיים, ניתן להשיג אפנון של אותות בתדר גבוה על ידי ויסות מספר נושאי הגל במוליך הגל של ההולכה. בסופו של דבר, אותות 0 ו-1 מופיעים בעמדת הפלט, וטעינים אותות חשמליים במהירות גבוהה על משרעת עוצמת האור. הדרך להשיג זאת היא באמצעות צומת PN. נושאי הגל החופשיים של סיליקון טהור הם מעטים מאוד, והשינוי בכמות אינו מספיק כדי לעמוד בשינוי במקדם השבירה. לכן, יש צורך להגדיל את בסיס הנושא במוליך הגל על ​​ידי סימום סיליקון כדי להשיג את השינוי במקדם השבירה, ובכך להשיג אפנון קצב גבוה יותר.