تقديم مُعدِّل Mach-Zende الفوتوني السيليكونيمعدِّل MZM
التعديل ماخ-زيندييُعدّ r أهمّ مكوّن في طرف الإرسال في وحدات الفوتونيات السيليكونية 400G/800G. يوجد حاليًا نوعان من المُعدِّلات في طرف الإرسال في وحدات الفوتونيات السيليكونية المُنتَجة بكميات كبيرة: النوع الأول هو مُعدِّل PAM4 القائم على وضع عمل أحادي القناة بسرعة 100 جيجابت في الثانية، والذي يُحقّق نقل بيانات بسرعة 800 جيجابت في الثانية عبر نهج متوازي رباعي القنوات/ثماني القنوات، ويُستخدم بشكل رئيسي في مراكز البيانات ووحدات معالجة الرسومات. وبالطبع، من المُتوقع أن يُنافس مُعدِّل Mach-Zeonde أحادي القناة بسرعة 200 جيجابت في الثانية، والذي يعمل بتقنية الفوتونيات السيليكونية، تقنية EML بعد الإنتاج الضخم بسرعة 100 جيجابت في الثانية. النوع الثاني هومعدل الذكاءيُطبَّق في الاتصالات البصرية المتماسكة بعيدة المدى. يشير الغمر المتماسك المذكور حاليًا إلى مسافة إرسال الوحدات البصرية التي تتراوح بين آلاف الكيلومترات في الشبكة الرئيسية الحضرية، ووحدات ZR البصرية التي تتراوح بين 80 و120 كيلومترًا، وحتى وحدات LR البصرية التي تتراوح بين 10 كيلومترات في المستقبل.
مبدأ السرعة العاليةمعدِّلات السيليكونيمكن تقسيمها إلى قسمين: البصريات والكهرباء.
الجزء البصري: المبدأ الأساسي هو مقياس تداخل ماخ-زيوند. يمر شعاع ضوئي عبر مقسم شعاعي 50-50، فيتحول إلى شعاعين ضوئيين متساويين في الطاقة، ويستمران في الانتقال عبر ذراعي المُعدِّل. من خلال التحكم في الطور على أحد الذراعين (أي تغيير معامل انكسار السيليكون بواسطة سخان لتغيير سرعة انتشار أحد الذراعين)، يتم تجميع الشعاع النهائي عند مخرج كلا الذراعين. يمكن تحقيق طول طور التداخل (حيث تصل قمم كلا الذراعين في وقت واحد) وإلغاء التداخل (حيث يكون فرق الطور 90 درجة وتكون القمم متقابلة مع قيعانها) من خلال التداخل، مما يؤدي إلى تعديل شدة الضوء (التي يمكن فهمها على أنها 1 و0 في الإشارات الرقمية). هذا فهم بسيط، وهو أيضًا طريقة تحكم لنقطة العمل في التطبيقات العملية. على سبيل المثال، في اتصالات البيانات، نعمل عند نقطة أقل بمقدار 3 ديسيبل من الذروة، وفي الاتصالات المتماسكة، نعمل بدون أي بقعة ضوئية. مع ذلك، فإن هذه الطريقة للتحكم في فرق الطور عبر التسخين وتبديد الحرارة للتحكم في إشارة الخرج تستغرق وقتًا طويلاً، ولا تلبي متطلباتنا لنقل 100 جيجابت في الثانية. لذلك، علينا إيجاد طريقة لتحقيق معدل تعديل أسرع.
يتكون القسم الكهربائي بشكل أساسي من قسم الوصلة PN الذي يحتاج إلى تغيير معامل الانكسار عند التردد العالي، وهيكل قطب الموجة المتنقلة الذي يطابق سرعة الإشارة الكهربائية والإشارة الضوئية. مبدأ تغيير معامل الانكسار هو تأثير تشتت البلازما، والمعروف أيضًا باسم تأثير تشتت الناقل الحر. يشير هذا إلى التأثير الفيزيائي الذي عندما يتغير تركيز الناقلات الحرة في مادة شبه موصلة، يتغير أيضًا الجزءان الحقيقي والتخيلي من معامل الانكسار الخاص بالمادة وفقًا لذلك. عندما يزداد تركيز الناقل في مواد شبه الموصلات، يزداد معامل الامتصاص للمادة بينما ينخفض الجزء الحقيقي من معامل الانكسار. وبالمثل، عندما تنخفض الناقلات في مواد شبه الموصلات، ينخفض معامل الامتصاص بينما يزداد الجزء الحقيقي من معامل الانكسار. مع هذا التأثير، يمكن في التطبيقات العملية تحقيق تعديل الإشارات عالية التردد عن طريق تنظيم عدد الناقلات في موجه الموجة الناقلة. في النهاية، تظهر إشارات 0 و1 عند موضع الخرج، محملةً إشارات كهربائية عالية السرعة على سعة شدة الضوء. ويتم تحقيق ذلك من خلال وصلة PN. تكون النواقل الحرة للسيليكون النقي قليلة جدًا، والتغير في كميتها غير كافٍ لمواكبة التغير في معامل الانكسار. لذلك، من الضروري زيادة قاعدة النواقل في موجه الموجة الناقلة عن طريق تطعيم السيليكون لتحقيق التغير في معامل الانكسار، وبالتالي تحقيق معدل تعديل أعلى.
وقت النشر: ١٢ مايو ٢٠٢٥