调制器与探测器

马赫-曾德尔调制器

Mach-Zehnder Modulator · MZM
图解MZM

定义

用干涉结构把电信号转换为光强度变化的调制器,是高速光模块最成熟的方案。

图解

硅光 PIC 的典型构成 · 硅自己不会发光,光源必须从外面来外置光源InP CW 激光器ELS硅光芯片 SiPh PIC · CMOS 晶圆级制造光栅耦合器或端面耦合分束 / 合波MZI · AWG调制器阵列MZM / 微环探测器阵列Ge PD硅波导 · 无源光路(把以上器件连起来的那层)电接口 / DSP驱动与跨阻把上排的「调制器阵列」换成 TFLN 薄膜铌酸锂调制器,就是当前最受关注的异质集成方案。CPO/NPO 的底座通常就是这块芯片,它决定了整机能不能做小、做便宜、做量产。
硅光芯片典型构成 硅光芯片把调制器、探测器、分束器、波导做在同一片硅上,用 CMOS 产线量产,这是它能做到低成本高集成的根本原因。但它不能自己发激光——光源必须从外部引进来,这就是「外置光源 ELS」在 CPO/NPO 方案里反复出现的原因。

说明

马赫-曾德尔调制器(MZM)把输入光分成两臂,分别施加电压改变相位,再合路形成干涉,从而把电信号的相位变化转换成光强变化。它是光通信中最经典、应用最广的调制结构。

MZM 的核心优势是结构清晰、可控性好,容易实现高阶调制格式(如 IQ 调制),因此在相干通信与高速模块中广泛使用。代价是器件尺寸较大(通常为毫米级),不利于高密度集成。

在硅光平台上实现 MZM 需要解决调制效率问题——硅的电光效应较弱,通常靠载流子注入或耗尽来间接改变折射率,这会带来额外的损耗与非线性。这也是硅光调制器性能难以匹敌 TFLN 的根本原因。

关键数字

毫米级典型器件尺寸
IQ 调制易于实现高阶调制格式
载流子调制硅光平台的实现方式,效率受限

关键要点

  • 优点:调制质量好、啁啾可控、工艺成熟、对温度相对不敏感。
  • 缺点:器件长度大(毫米级)、驱动电压较高、功耗偏大,集成度受限。
  • 在硅光平台上通常做成行波电极结构,配合驱动器工作。
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