电吸收调制器EAM,或者DFB+EAM集成形成的EML基于电吸收调制的激光器,在光模块里用的很多。
用InP材料来做的EML,经常提到一个词,叫做基于QCSE效应来产生的调制。
硅光集成,用硅做波导,锗做电吸收调制器,经常提到的一个词,叫做FK效应。
也有一些会提到硅光集成用QCSE效应做电吸收调制器
从本质上说,QCSE和FK是一回事。
Y9T15 光芯片中电能与光能的转换,这一篇里基本上把能量转换理了一遍,只是没有提到这些名词而已。
QCSE,量子限制斯塔克效应(The quantum-confined Stark effect),在量子阱结构中,在内建极化电场的作用下,半导体的能带发生倾斜,电子-空穴对发生空间分离、波函数交叠量减少,引起发光效率下降、发光峰(吸收边)红移的现象。
FK,弗兰之-克尔德什效应(Franz-Keldysh effect)是加电场时,半导体能带倾斜,吸收边红移现象
这俩效应,忽略掉名字有所不同外,他们的共同特点就是,电场引起吸收边界红移。
电子带负电荷,原子核呈现正电荷,外加电场有负极正极,可控制电荷分布。
电荷之间,异性相吸同性相斥,引力斥力都是力,电子与原子核之间如何分布引力斥力,这是材料本身的特点。如果通过外部电场的控制,则可以改变材料本身“力”的分布。
电子待在原子核外层的话,就可以成为“价电子”,如果原子核无法有效“牵住”电子,让电子飘落在外,这就是“自由电子”,这些自由电子可以形成电流,形成导体通道的真正流动的载体,所以材料有“导带”“价带”这些能量带的说法。
光是一种能量,光的能量与波长相关,波长越长,能量越小,红色的光波长比蓝色更长,红移就指的“向长波长移动”,或者“向小能量移动”
光是能量的体现,温度也是原子动能的体现....
电吸收调制器,就是一种材料,可以把光能量吸收,产生破坏力,让电子从价电子成为电流,这就是光吸收产生电流
如果通过外加电场对价电子产生一定的破坏力,就可以吸收更小的能量的光子,光的小能量对价电子产生的破坏力,和外加电场产生的破坏力,合在一起,“力”增大,这就是“电”场控制的吸收边“红移”,可吸收长波长或小能量的光子。
电是咱们控制的,给多少电,可控产生多大的吸收量,能有多大的红移
利用大电场与小电场(调制摆幅),可以实现吸收光能量的多和少,这就是基于电吸收产生的信号调制的作用。
既然我们的电场是外部给的价电子的破坏力,那么直接给破坏力也是可以的。Y9T27 TSMC:非锗接触型锗探测器工艺流程,说锗加0.5GPa的应力,可以产生吸收边界红移。
只是应力产生的红移,我们很少用调制器上。原因在于控制电场的大小变化,容易实现。
利用应力,可以让吸收边界红移,这个原理用电吸收调制器上很少见。
可但是,咱们的铌酸锂/PZT等材料是压电陶瓷/铁氧材料,压力和电场是能相互控制相互转换。对于铌酸锂做调制器,我们一般说电场控制折射率产生的干涉能量变化,产生调制。
而EML的金丝打线,用的压电陶瓷,则一般说是电场控制的材料应力,从而产生“机械摩擦”,是在超声波频段的高速机械摩擦,让金丝与陶瓷基板基板上的焊盘表层的金属,金融合后,固定在一起。
再打个比方,重力势能与海拔高度相关,如果我们在定义一个城市的海拔时,通常是给一个典型值或者是平均值。实际上楼上楼下,桥上水面等等,由于其细微的海拔高度不一样,本质的重力势能也不同的。
如果我们的电吸收的电场设计,只做了简单控制,一个P型区,一个N型区,那么就用宏观结构描述它,所以叫基于体材料结构的FK效应。
《2022合集上》 武邮 160bps PAM4 电吸收调制器,长宽高标定尺寸是微米级别。
如果我们做了更精细的电场分布设计,比如用量子阱/垒间隔分布做精细电场量子化处理,比如《2021合集下》华为: 偏振不敏感&无需驱动器&宽波段&25Gbps 电吸收调制器,提到的应变量子阱尺寸,是6nm压应变,10nm张应变
微米和纳米,二者的尺度相差1000倍
“应变”量子阱,就是材料本身的力、电场的力、应变产生的力....用起来,精细设计,达到更加的性能控制。
导带,说的成为导体、不受原子核约束的、可形成电流的电子们,在原子核周边的外层的可以成价的电子们
让电子从价电子到自由电子,需要什么能量,体材料给出的是两条线,量子阱给出的是一个矩形坑,(精确控制材料的能量带隙,以及压应力张应力之间的辅助能量加持控制)...
有了外加电场,他们都产生红移
再多聊一句,就是采用电吸收调制,外加电场的变化,与红移速度,吸收比例的关系,不是“线性”变化的。
之前聊了EML芯片,这周末聊硅光芯片,其中涉及到基于硅光的体材料的电吸收调制,以及基于量子阱结构的电吸收调制器,
匡国华下半年工作计划,还提到要聊一聊LPO、CPO的相同之处与区别。
LPO,要基于线性调制的热插拔光模块。这个线性调制说的是啥,就是传统高速EML调制,电场和幅度的变化是“非线性”响应,消光比是啥呀,是信号幅度的变化,本质上也是EA的电场与幅度之间的换算关系。
传统的热插拔模块,驱动芯片的电压摆幅与PAM4的非线性响应的“纠正”是通过DSP处理的。如果要降低功耗,采用LPO,就需要自己想办法来补偿这个非线性导致的0、1、2、3阶幅度的非等分现象。是有前因,才有的新说法。