نقدم لكم مُعدِّل ماخ-زيندر الضوئي المصنوع من السيليكونمُعدِّل MZM
يُعد مُعدِّل ماخ-زيندر أهم مكون في طرف الإرسال في وحدات الفوتونيات السيليكونية 400G/800G. يوجد حاليًا نوعان من المُعدِّلات في طرف الإرسال لوحدات الفوتونيات السيليكونية المنتجة بكميات كبيرة: النوع الأول هو مُعدِّل PAM4 الذي يعمل بنمط قناة واحدة بسرعة 100 جيجابت في الثانية، والذي يحقق نقل بيانات بسرعة 800 جيجابت في الثانية من خلال نهج متوازي رباعي القنوات/ثماني القنوات، ويُستخدم بشكل أساسي في مراكز البيانات ووحدات معالجة الرسومات. بالطبع، من المتوقع أن يكون مُعدِّل ماخ-زيندر أحادي القناة بسرعة 200 جيجابت في الثانية، والذي سينافس مُعدِّل EML بعد الإنتاج بكميات كبيرة بسرعة 100 جيجابت في الثانية، قريبًا. أما النوع الثاني فهو...مُعدِّل معدل الذكاءتُستخدم هذه التقنية في الاتصالات الضوئية المتماسكة بعيدة المدى. ويشير مصطلح "الاستقبال المتماسك" المذكور في هذه المرحلة إلى مسافة الإرسال للوحدات الضوئية التي تتراوح من آلاف الكيلومترات في شبكة العمود الفقري الحضرية إلى وحدات ZR الضوئية التي تتراوح مسافتها من 80 إلى 120 كيلومترًا، وحتى وحدات LR الضوئية التي قد تصل مسافتها إلى 10 كيلومترات في المستقبل.
مبدأ السرعة العاليةمُعدِّلات السيليكونيمكن تقسيمها إلى جزأين: البصريات والكهرباء.
الجزء البصري: يعتمد المبدأ الأساسي على مقياس تداخل ماخ-زيندر. يمر شعاع ضوئي عبر مقسم شعاع بنسبة 50-50، فينقسم إلى شعاعين متساويين في الطاقة، ثم يُنقلان عبر ذراعي المُعدِّل. ومن خلال التحكم في طور أحد الذراعين (أي تغيير معامل انكسار السيليكون بواسطة سخان لتغيير سرعة انتشار الشعاع في أحد الذراعين)، يتم دمج الشعاعين عند مخرج الذراعين. ويمكن تحقيق طول طور التداخل (حيث تصل قمم الشعاعين إلى نفس النقطة في آنٍ واحد) وإلغاء التداخل (حيث يكون فرق الطور 90 درجة وتكون القمم معاكسة للقيعان) عن طريق التداخل، وبالتالي تعديل شدة الضوء (والتي يمكن تمثيلها بـ 1 و 0 في الإشارات الرقمية). هذا شرح مبسط، وهو أيضاً طريقة للتحكم في نقطة التشغيل في التطبيقات العملية. على سبيل المثال، في اتصالات البيانات، نعمل عند نقطة أقل بمقدار 3 ديسيبل من الذروة، وفي الاتصالات المتماسكة، نعمل عند نقطة انعدام الضوء. مع ذلك، فإن هذه الطريقة للتحكم في فرق الطور عبر التسخين وتبديد الحرارة للتحكم في إشارة الخرج تستغرق وقتًا طويلاً جدًا، ولا تفي بمتطلباتنا لنقل البيانات بسرعة 100 جيجابت في الثانية. لذا، علينا إيجاد طريقة لتحقيق معدل تعديل أسرع.
يتكون القسم الكهربائي بشكل أساسي من وصلة PN التي تتطلب تغيير معامل الانكسار عند الترددات العالية، وبنية قطب الموجة المتنقلة التي تُطابق سرعة الإشارة الكهربائية مع الإشارة الضوئية. يعتمد مبدأ تغيير معامل الانكسار على تأثير تشتت البلازما، المعروف أيضًا بتأثير تشتت حاملات الشحنة الحرة. ويشير هذا التأثير إلى ظاهرة فيزيائية تتمثل في أنه عند تغير تركيز حاملات الشحنة الحرة في مادة شبه موصلة، يتغير الجزء الحقيقي والخيالي من معامل انكسار المادة تبعًا لذلك. فعندما يزداد تركيز حاملات الشحنة في المواد شبه الموصلة، يزداد معامل امتصاص المادة بينما ينخفض الجزء الحقيقي من معامل الانكسار. وبالمثل، عندما ينخفض تركيز حاملات الشحنة في المواد شبه الموصلة، ينخفض معامل الامتصاص بينما يزداد الجزء الحقيقي من معامل الانكسار. وبفضل هذا التأثير، يُمكن في التطبيقات العملية تعديل الإشارات عالية التردد عن طريق تنظيم عدد حاملات الشحنة في دليل الموجة الناقلة. في النهاية، تظهر إشارتان 0 و1 عند نقطة الخرج، محملتين إشارات كهربائية عالية السرعة على سعة شدة الضوء. ويتم ذلك عبر وصلة PN. تكون حاملات الشحنة الحرة في السيليكون النقي قليلة جدًا، والتغير في كميتها غير كافٍ لمواكبة التغير في معامل الانكسار. لذا، من الضروري زيادة عدد حاملات الشحنة في دليل الموجة الناقلة عن طريق تطعيم السيليكون لتحقيق التغير في معامل الانكسار، وبالتالي الحصول على معدل تعديل أعلى.
تاريخ النشر: 12 مايو 2025