Esittele piifotoninen Mach-Zende-modulaattori MZM-modulaattori

Esittele piifotoninen Mach-Zende-modulaattoriMZM-modulaattori

TheMach-zende modulator on tärkein komponentti lähetinpäässä 400G/800G piifotonisissa moduuleissa. Tällä hetkellä massatuotettujen piifotonisten moduulien lähetinpäässä on kahdenlaisia ​​modulaattoreita: Toinen tyyppi on PAM4-modulaattori, joka perustuu yksikanavaiseen 100 Gbps:n toimintatilaan ja saavuttaa 800 Gbps:n tiedonsiirron 4-kanavaisen/8-kanavaisen rinnakkaislähestymistavan kautta. Sitä käytetään pääasiassa datakeskuksissa ja GPU-piireissä. Yksikanavainen 200 Gbps:n piifotoninen Mach-Zeonde-modulaattori, joka kilpailee EML:n kanssa massatuotannon jälkeen 100 Gbps:n nopeudella, ei tietenkään ole kaukana. Toinen tyyppi onIQ-modulaattorikäytetään pitkän matkan koherentissa optisessa tiedonsiirrossa. Tässä vaiheessa mainittu koherentti uppoaminen viittaa optisten moduulien siirtoetäisyyksiin, jotka vaihtelevat tuhansista kilometreistä metropolialueen runkoverkossa 80–120 kilometrin ZR-optisiin moduuleihin ja tulevaisuudessa jopa 10 kilometrin LR-optisiin moduuleihin.

 

Nopean nopeuden periaatepiimodulaattoritvoidaan jakaa kahteen osaan: optiikkaan ja sähköön.

Optinen osa: Perusperiaate on Mach-Zeundin interferometri. Valonsäde kulkee 50-50-säteenjakajan läpi ja muodostaa kaksi samanenergiaista valonsädettä, jotka jatkavat etenemistään modulaattorin kahdessa haarassa. Toisen haaran vaiheensäädöllä (eli piin taitekerrointa muutetaan lämmittimellä toisen haaran etenemisnopeuden muuttamiseksi) lopullinen säteiden yhdistäminen suoritetaan molempien haaran ulostulossa. Interferenssin vaihepituus (jossa molempien haaran huiput saavuttavat samanaikaisen vaiheen) ja interferenssin poisto (jossa vaihe-ero on 90° ja huiput ovat vastakkaisilla alueilla pohjien kanssa) voidaan saavuttaa interferenssin avulla, jolloin moduloidaan valon voimakkuutta (mikä digitaalisissa signaaleissa voidaan ymmärtää arvoina 1 ja 0). Tämä on yksinkertainen ymmärrys ja myös käytännön työssä käytettävä työpisteen ohjausmenetelmä. Esimerkiksi tietoliikenteessä työskentelemme pisteessä, joka on 3 dB huippua alempana, ja koherentissa viestinnässä työskentelemme pisteessä, jossa ei ole valopistettä. Tämä vaihe-eron säätömenetelmä lämmityksen ja lämmönpoiston avulla lähtösignaalin ohjaamiseksi vie kuitenkin hyvin kauan aikaa, eikä se yksinkertaisesti pysty täyttämään vaatimustamme lähettää 100 Gbps sekunnissa. Siksi meidän on löydettävä tapa saavuttaa nopeampi modulointinopeus.

 

Sähköinen osa koostuu pääasiassa PN-liitoksesta, jonka on muutettava taitekerrointa korkealla taajuudella, sekä kulkevan aallon elektrodirakenteesta, joka vastaa sähköisen ja optisen signaalin nopeutta. Taitekertoimen muutoksen periaate on plasmadispersioilmiö, joka tunnetaan myös vapaiden varauksenkuljettajien dispersioilmiönä. Se viittaa fysikaaliseen ilmiöön, jossa kun puolijohdemateriaalin vapaiden varauksenkuljettajien pitoisuus muuttuu, myös materiaalin oman taitekertoimen reaali- ja imaginaariset osat muuttuvat vastaavasti. Kun varauksenkuljettajien pitoisuus puolijohdemateriaaleissa kasvaa, materiaalin absorptiokerroin kasvaa samalla kun taitekertoimen reaaliosa pienenee. Vastaavasti, kun varauksenkuljettajat puolijohdemateriaaleissa pienenevät, absorptiokerroin pienenee samalla kun taitekertoimen reaaliosa kasvaa. Tällaisen vaikutuksen avulla käytännön sovelluksissa korkeataajuisten signaalien modulointi voidaan saavuttaa säätelemällä kantoaaltojen lukumäärää läpäisevässä aaltojohteessa. Lopulta lähtöön ilmestyy 0- ja 1-signaaleja, jotka kuormittavat nopeita sähköisiä signaaleja valon voimakkuuden amplitudiin. Tämä saavutetaan PN-liitoksen kautta. Puhtaassa piissä on hyvin vähän vapaita varauksenkuljettajia, eikä määrän muutos riitä vastaamaan taitekertoimen muutokseen. Siksi on tarpeen lisätä kantoaaltopohjaa lähetysaaltojohteessa seostamalla piitä taitekertoimen muutoksen saavuttamiseksi, jolloin saavutetaan suurempi nopeusmodulaatio.


Julkaisun aika: 12.5.2025