Rain Tree Photonics：400G/lane 硅光行波MZ调制器的可行性

一、研究背景与目标 数据中心中基于硅光子引擎的光收发模块已实现100G/通道规模部署，下一代200G/通道模块预计将更广泛应用，而后续400G/通道光子引擎的技术可行性仍存争议——核心问题在于全硅平台能否在不集成其他材料的前提下支持超高速传输。现有硅光子调制器/发射器研究中，分段驱动、慢光等技术虽实现一定突破，但面临模块功耗、制造复杂度或波长兼容性挑战。在该研究中，Rain Tree Photonics探索单段式行波MZ调制器（TWMZM）结合多电平调制（PAM-N）实现400G/通道传输的可行性。 二、调制器设计与优化 硅PN结的高电容特性限制了单段TWMZM的带宽，研究通过以下设计改善高频响应： ◆ 关键优化方向： - 优化结掺杂分布，降低串联电阻； - 实现微波与光波的速度匹配，提升奈奎斯特频率下的电-光S₂₁响应； - 平衡光损耗（保持合理水平）与调制效率。 - 工艺实现：调制器在商用硅光子代工厂采用定制工艺流程制造，通过实验验证优化前后的性能差异。

通过设计和工艺优化之后，带宽大概从35GHz抬升到了60GHz左右。

三、眼图测试结果 1. 眼图测试与数据速率 ◆ 测试配置：使用Keysight任意波形发生器（AWG）驱动调制器，调制光信号由数字通信分析仪（DCA）采集分析。 ◆ 实测结果： - PAM4：276 Gb/s（清晰眼图）； - PAM6：345 Gb/s（清晰眼图）； - PAM8：384 Gb/s（清晰眼图），414 Gb/s时因测试系统RF电缆和探头损耗导致眼图轻微劣化。

2. 仿真验证（基于实测S₂₁模型） ◆ 模型设置

采用3抽头FFE补偿链路RF损耗，假设驱动芯片带宽80 GHz（高斯响应），接收端使用四阶贝塞尔滤波器（3 dB带宽为符号率1/2），结合FFE/DFE恢复信号。 ◆ 仿真结果：

- PAM4：424 Gb/s（212 GBaud），采用7抽头FFE+2抽头DFE，眼图电平分开； - PAM6：424 Gb/s（169.6 GBaud），眼图张开； - PAM8：424 Gb/s（141.3 GBaud），眼图张开。 四、结论与技术意义 ◆ 核心成果： - 实测验证单段硅TWMZM实现414 Gb/s PAM8传输； - 仿真表明通过数字均衡技术，可进一步支持424 Gb/s PAM4/6/8传输。 - 方案优势：相比分段驱动或慢光技术，单段式架构无需复杂分段驱动或波长敏感设计，兼容标准硅光子工艺，具备简化模块结构、降低功耗与制造成本的潜力。 - 未来方向：研究为全硅400G/通道光收发模块提供了可行性验证，后续可进一步优化调制器与驱动芯片的协同设计，推动工程化应用。