Giới thiệu bộ điều biến quang tử silicon Mach-Zehnder Bộ điều biến MZM

Giới thiệu bộ điều biến Mach-Zehnder quang tử siliconBộ điều biến MZM

Bộ điều biến Mach-Zehnder là thành phần quan trọng nhất ở đầu phát trong các mô-đun quang tử silicon 400G/800G. Hiện tại, có hai loại bộ điều biến ở đầu phát của các mô-đun quang tử silicon sản xuất hàng loạt: Một loại là bộ điều biến PAM4 dựa trên chế độ làm việc 100Gbps một kênh, đạt tốc độ truyền dữ liệu 800Gbps thông qua phương pháp song song 4 kênh/8 kênh và chủ yếu được áp dụng trong các trung tâm dữ liệu và GPU. Tất nhiên, một bộ điều biến quang tử silicon Mach-Zender một kênh 200Gbps, có thể cạnh tranh với EML sau khi sản xuất hàng loạt ở tốc độ 100Gbps, sẽ không còn xa vời. Loại thứ hai làBộ điều biến IQđược áp dụng trong truyền thông quang học kết hợp đường dài. Khái niệm "sinking kết hợp" được đề cập ở giai đoạn hiện tại đề cập đến khoảng cách truyền dẫn của các mô-đun quang từ hàng nghìn km trong mạng xương sống đô thị đến các mô-đun quang ZR từ 80 đến 120 km, và thậm chí đến các mô-đun quang LR từ 10 km trong tương lai.

Nguyên lý tốc độ caobộ điều biến siliconcó thể được chia thành hai phần: quang học và điện.

Phần quang học: Nguyên lý cơ bản là một giao thoa kế Mach-Zehnder. Một chùm ánh sáng đi qua bộ tách chùm 50-50 và trở thành hai chùm ánh sáng có năng lượng bằng nhau, tiếp tục được truyền trong hai nhánh của bộ điều biến. Bằng cách điều khiển pha trên một trong các nhánh (tức là, chiết suất của silicon được thay đổi bởi một bộ gia nhiệt để thay đổi tốc độ lan truyền của một nhánh), sự kết hợp chùm tia cuối cùng được thực hiện ở lối ra của cả hai nhánh. Độ dài pha giao thoa (nơi các đỉnh của cả hai nhánh đạt đồng thời) và triệt tiêu giao thoa (nơi độ lệch pha là 90° và các đỉnh đối diện với các đáy) có thể đạt được thông qua giao thoa, do đó điều chế cường độ ánh sáng (có thể hiểu là 1 và 0 trong tín hiệu số). Đây là một cách hiểu đơn giản và cũng là một phương pháp điều khiển điểm làm việc trong công việc thực tế. Ví dụ, trong truyền thông dữ liệu, chúng ta làm việc tại một điểm thấp hơn 3dB so với đỉnh và trong truyền thông mạch lạc, chúng ta làm việc tại không có điểm sáng. Tuy nhiên, phương pháp điều khiển độ lệch pha thông qua gia nhiệt và tản nhiệt để điều khiển tín hiệu đầu ra này mất rất nhiều thời gian và hoàn toàn không thể đáp ứng yêu cầu truyền tải 100Gpbs mỗi giây của chúng tôi. Do đó, chúng tôi phải tìm cách đạt được tốc độ điều chế nhanh hơn.

Phần điện chủ yếu bao gồm phần tiếp giáp PN cần thay đổi chiết suất ở tần số cao, và cấu trúc điện cực sóng lan truyền phù hợp với tốc độ của tín hiệu điện và tín hiệu quang. Nguyên lý thay đổi chiết suất là hiệu ứng tán sắc plasma, còn được gọi là hiệu ứng tán sắc hạt tải điện tự do. Nó đề cập đến hiệu ứng vật lý khi nồng độ hạt tải điện tự do trong vật liệu bán dẫn thay đổi, phần thực và phần ảo của chiết suất riêng của vật liệu cũng thay đổi tương ứng. Khi nồng độ hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn tăng, hệ số hấp thụ của vật liệu tăng trong khi phần thực của chiết suất giảm. Tương tự, khi các hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn giảm, hệ số hấp thụ giảm trong khi phần thực của chiết suất tăng. Với hiệu ứng này, trong các ứng dụng thực tế, việc điều chế tín hiệu tần số cao có thể đạt được bằng cách điều chỉnh số lượng hạt tải điện trong ống dẫn sóng truyền. Cuối cùng, các tín hiệu 0 và 1 xuất hiện ở vị trí đầu ra, tải các tín hiệu điện tốc độ cao vào biên độ cường độ ánh sáng. Cách để đạt được điều này là thông qua tiếp giáp PN. Các hạt dẫn tự do của silic nguyên chất rất ít, và sự thay đổi về số lượng không đủ để đáp ứng sự thay đổi của chiết suất. Do đó, cần phải tăng cường nền hạt dẫn trong ống dẫn sóng truyền dẫn bằng cách pha tạp silic để đạt được sự thay đổi chiết suất, từ đó đạt được tốc độ điều chế cao hơn.