معرفی مدولاتور فوتونیک سیلیکونی Mach-Zendeمدولاتور MZM
مدولاسیون ماخ-زندr مهمترین جزء در انتهای فرستنده در ماژول‌های فوتونیک سیلیکونی 400G/800G است. در حال حاضر، دو نوع مدولاتور در انتهای فرستنده ماژول‌های فوتونیک سیلیکونی تولید انبوه وجود دارد: یک نوع، مدولاتور PAM4 مبتنی بر حالت کاری تک کاناله 100 گیگابیت بر ثانیه است که از طریق یک رویکرد موازی 4 کاناله / 8 کاناله، انتقال داده 800 گیگابیت بر ثانیه را محقق می‌کند و عمدتاً در مراکز داده و پردازنده‌های گرافیکی (Gpus) کاربرد دارد. البته، یک مدولاتور Mach-Zeonde فوتونیک سیلیکونی تک کاناله 200 گیگابیت بر ثانیه که پس از تولید انبوه با EML در 100 گیگابیت بر ثانیه رقابت خواهد کرد، نباید دور از دسترس باشد. نوع دوم ...تعدیل‌کننده ضریب هوشیدر ارتباطات نوری منسجم از راه دور اعمال می‌شود. سینک منسجم ذکر شده در مرحله فعلی به فاصله انتقال ماژول‌های نوری از هزاران کیلومتر در شبکه ستون فقرات شهری تا ماژول‌های نوری ZR از 80 تا 120 کیلومتر و حتی تا ماژول‌های نوری LR از 10 کیلومتر در آینده اشاره دارد.
اصل سرعت بالامدولاتورهای سیلیکونیرا می‌توان به دو بخش تقسیم کرد: اپتیک و الکتریسیته.
بخش نوری: اصل اساسی تداخل‌سنج ماخ-زوند است. یک پرتو نور از یک تقسیم‌کننده پرتو ۵۰-۵۰ عبور می‌کند و به دو پرتو نور با انرژی برابر تبدیل می‌شود که همچنان در دو بازوی مدولاتور منتقل می‌شوند. با کنترل فاز روی یکی از بازوها (یعنی ضریب شکست سیلیکون توسط یک بخاری تغییر می‌کند تا سرعت انتشار یک بازو را تغییر دهد)، ترکیب نهایی پرتو در خروجی هر دو بازو انجام می‌شود. طول فاز تداخل (جایی که قله‌های هر دو بازو به طور همزمان می‌رسند) و حذف تداخل (جایی که اختلاف فاز ۹۰ درجه است و قله‌ها در مقابل فرورفتگی‌ها هستند) را می‌توان از طریق تداخل به دست آورد و در نتیجه شدت نور را مدوله کرد (که در سیگنال‌های دیجیتال می‌توان آن را به صورت ۱ و ۰ درک کرد). این یک درک ساده و همچنین یک روش کنترل برای نقطه کار در کار عملی است. به عنوان مثال، در ارتباط داده، ما در نقطه‌ای ۳dB پایین‌تر از قله کار می‌کنیم و در ارتباط منسجم، در نقطه‌ای بدون نور کار می‌کنیم. با این حال، این روش کنترل اختلاف فاز از طریق گرمایش و اتلاف گرما برای کنترل سیگنال خروجی، زمان بسیار زیادی می‌برد و به سادگی نمی‌تواند نیاز ما برای انتقال ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه را برآورده کند. بنابراین، باید راهی برای دستیابی به نرخ مدولاسیون سریع‌تر پیدا کنیم.
بخش الکتریکی عمدتاً از بخش اتصال PN که نیاز به تغییر ضریب شکست در فرکانس بالا دارد و ساختار الکترود موج سیار که با سرعت سیگنال الکتریکی و سیگنال نوری مطابقت دارد، تشکیل شده است. اصل تغییر ضریب شکست، اثر پراکندگی پلاسما است که به عنوان اثر پراکندگی حامل آزاد نیز شناخته می‌شود. این به اثر فیزیکی اشاره دارد که وقتی غلظت حامل‌های آزاد در یک ماده نیمه‌رسانا تغییر می‌کند، قسمت‌های حقیقی و موهومی ضریب شکست خود ماده نیز متناسب با آن تغییر می‌کنند. هنگامی که غلظت حامل در مواد نیمه‌رسانا افزایش می‌یابد، ضریب جذب ماده افزایش می‌یابد در حالی که قسمت حقیقی ضریب شکست کاهش می‌یابد. به طور مشابه، هنگامی که حامل‌ها در مواد نیمه‌رسانا کاهش می‌یابند، ضریب جذب کاهش می‌یابد در حالی که قسمت حقیقی ضریب شکست افزایش می‌یابد. با چنین اثری، در کاربردهای عملی، می‌توان با تنظیم تعداد حامل‌ها در موجبر انتقال، مدولاسیون سیگنال‌های فرکانس بالا را به دست آورد. در نهایت، سیگنال‌های 0 و 1 در موقعیت خروجی ظاهر می‌شوند و سیگنال‌های الکتریکی پرسرعت را بر دامنه شدت نور بارگذاری می‌کنند. راه دستیابی به این هدف از طریق اتصال PN است. حامل‌های آزاد سیلیکون خالص بسیار کم هستند و تغییر در مقدار برای برآوردن تغییر در ضریب شکست کافی نیست. بنابراین، لازم است که با آلایش سیلیکون، پایه حامل در موجبر انتقال افزایش یابد تا تغییر در ضریب شکست حاصل شود و در نتیجه به مدولاسیون سرعت بالاتری دست یابیم.
زمان ارسال: ۱۲ مه ۲۰۲۵