Kompaktā silīcija bāzes optoelektroniskāIQ modulatorsātrgaitas koherentai komunikācijai
Pieaugošais pieprasījums pēc augstākiem datu pārraides ātrumiem un energoefektīvākiem raiduztvērējiem datu centros ir virzījis kompaktas augstas veiktspējas attīstībuoptiskie modulatoriApvidū Silīcija bāzes optoelektroniskā tehnoloģija (SIPH) ir kļuvusi par daudzsološu platformu dažādu fotonisko komponentu integrēšanai vienā mikroshēmā, kas nodrošina kompaktu un rentablu risinājumu. Šajā rakstā tiks izpētīts jauns nesējs nomākts silīcija IQ modulators, kura pamatā ir Gesi EAM, kas var darboties ar frekvenci līdz 75 gbaud.
Ierīces dizains un īpašības
Ierosinātais IQ modulators pieņem kompaktu trīs rokas struktūru, kā parādīts 1. attēlā (a). Kas sastāv no trim GESI EAM un trim termo optiskās fāzes pārslēdzējiem, pieņemot simetrisku konfigurāciju. Ievades gaisma tiek savienota mikroshēmā caur režģa savienotāju (GC) un vienmērīgi sadalīta trīs ceļos caur 1 × 3 multimodu interferometru (MMI). Pēc tam, kad pārgāja caur modulatoru un fāzes pārslēdzēju, gaismu rekombinē vēl 1 × 3 mMI un pēc tam savieno ar viena režīma šķiedru (SSMF).
1. attēls: a) IQ modulatora mikroskopiskais attēls; (b) - (d) EO S21, izzušanas koeficients un viena gesi eam caurlaidība; e) IQ modulatora shematiska diagramma un atbilstošā fāzes pārslēdzēja optiskā fāze; f) nesēja nomākuma attēlojums sarežģītajā plaknē. Kā parādīts 1. attēlā (b), Gesi EAM ir plašs elektrooptiskais joslas platums. 1. attēls (b) izmērīja viena GESI EAM testa struktūras S21 parametru, izmantojot 67 GHz optisko komponentu analizatoru (LCA). Attēlā 1. (c) un 1. (d) attēlā ir attēlots statiskās izzušanas koeficienta (ER) spektri pie dažādiem līdzstrāvas spriegumiem un pārraidi pie viļņa garuma 1555 nanometros.
Kā parādīts 1. attēlā (E), šī dizaina galvenā iezīme ir spēja nomākt optiskos nesējus, pielāgojot integrēto fāzes pārslēdzēju vidējā rokā. Fāzes starpība starp augšējo un apakšējo roku ir π/2, ko izmanto sarežģītai noregulēšanai, savukārt fāzes starpība starp vidējo roku ir -3 π/4. Šī konfigurācija ļauj iznīcināt nesēju, kā parādīts 1. attēla (F) sarežģītajā plaknē.
Eksperimentāla iestatīšana un rezultāti
Ātrgaitas eksperimentālā iestatīšana ir parādīta 2. attēlā (a). Kā signāla avotu izmanto patvaļīgu viļņu formas ģeneratoru (Keysight M8194A), un kā modulatora vadītājus tiek izmantoti divi 60 GHz fāzes saskaņoti RF pastiprinātāji (ar integrētām novirzēm). GESI EAM novirzes spriegums ir -2,5 V, un, lai samazinātu elektriskās fāzes neatbilstību starp i un q kanāliem, tiek izmantots fāzes saskaņots RF kabelis.
2. attēls: a) ātrgaitas eksperimentāla iestatīšana, b) pārvadātāja nomākšana pie 70 gbaud, c) kļūdu līmenis un datu pārraide, d) zvaigznājs pie 70 gbaud. Izmantojiet komerciālu ārējo dobuma lāzeru (ECL) ar līnijas platumu 100 kHz, viļņa garumu 1555 nm un 12 dBm jaudu kā optisko nesēju. Pēc modulācijas optiskais signāls tiek pastiprināts, izmantojotErbija leģēta šķiedru pastiprinātājs(EDFA), lai kompensētu mikroshēmas savienojuma zaudējumus un modulatora ievietošanas zudumus.
Saņemšanas galā optiskā spektra analizators (OSA) uzrauga signāla spektru un nesēja nomākumu, kā parādīts 2. attēlā (b), lai iegūtu 70 gbaud signālu. Izmantojiet divkāršu polarizācijas koherentu uztvērēju, lai saņemtu signālus, kas sastāv no 90 grādu optiskā maisītāja un četriem40 GHz līdzsvaroti fotodiodes, un tas ir savienots ar 33 GHz, 80 GSA/s reālā laika osciloskopu (RTO) (Keysight DSOZ634A). Otrais ECL avots ar līnijas platumu 100 kHz tiek izmantots kā vietējais oscilators (LO). Sakarā ar raidītāju, kas darbojas atsevišķos polarizācijas apstākļos, analogam līdz digitālam konvertēšanai (ADC) tiek izmantoti tikai divi elektroniski kanāli. Dati tiek reģistrēti RTO un apstrādāti, izmantojot bezsaistes digitālā signāla procesoru (DSP).
Kā parādīts 2. attēlā (c), IQ modulators tika pārbaudīts, izmantojot QPSK modulācijas formātu no 40 gbaud līdz 75 gbaud. Rezultāti norāda, ka zem 7% cieta lēmuma pārsūtīšanas kļūdas korekcijas (HD-FEC) nosacījumiem likme var sasniegt 140 GB/s; Ar 20% mīksto lēmuma pārsūtīšanas kļūdas korekcijas (SD-FEC) nosacījumu ātrums var sasniegt 150 GB/s. Zvaigznāja diagramma pie 70 gbaud parādīta 2. attēlā (d). Rezultātu ierobežo osciloskopa joslas platums 33 GHz, kas ir līdzvērtīgs signāla joslas platumam aptuveni 66 gbaud.
Kā parādīts 2. attēlā (b), trīs rokas struktūra var efektīvi nomākt optiskos nesējus ar aizsprostojuma ātrumu, kas pārsniedz 30 dB. Šai struktūrai nav nepieciešama pilnīga pārvadātāja nomākšana, un to var izmantot arī uztvērējiem, kuriem nepieciešami pārvadātāju toņi, lai atgūtu signālus, piemēram, Kramer Kronig (KK) uztvērējus. Pārvadātāju var pielāgot caur centrālās rokas fāzes pārslēdzēju, lai sasniegtu vēlamo nesēju un sānu joslas attiecību (CSR).
Priekšrocības un lietojumprogrammas
Salīdzinot ar tradicionālajiem Mach Zehnder modulatoriem (MZM modulatori) un citus silīcija bāzes optoelektroniskos IQ modulatorus, ierosinātajam silīcija IQ modulatoram ir vairākas priekšrocības. Pirmkārt, tas ir kompakts pēc izmēra, vairāk nekā 10 reizes mazāks nekā IQ modulatori, pamatojoties uzMach Zehnder modulatori(izņemot savienojošos spilventiņus), tādējādi palielinot integrācijas blīvumu un samazinot mikroshēmas laukumu. Otrkārt, sakārtotajam elektrodu dizainam nav nepieciešams izmantot termināla rezistorus, tādējādi samazinot ierīces kapacitāti un enerģiju uz bitu. Treškārt, nesēja nomākuma spēja palielina pārvades jaudas samazināšanos, vēl vairāk uzlabojot energoefektivitāti.
Turklāt Gesi EAM optiskais joslas platums ir ļoti plašs (vairāk nekā 30 nanometrus), novēršot nepieciešamību pēc daudzkanālu atgriezeniskās saites kontroles shēmām un pārstrādātājiem, lai stabilizētu un sinhronizētu mikroviļņu modulatoru (MRMS) rezonansi, tādējādi vienkāršojot dizainu.
Šis kompaktais un efektīvais IQ modulators ir ļoti piemērots nākamās paaudzes, augsta kanālu skaitam un maziem koherentiem raiduztvērējiem datu centros, dodot lielāku jaudu un energoefektīvāku optisko sakaru.
Pārvadātājs nomāc silīcija IQ modulatoru parāda izcilu veiktspēju, ar datu pārraides ātrumu līdz 150 GB/s 20% SD-FEC apstākļos. Tās kompaktajai 3-bruņu struktūrai, kuras pamatā ir GESI EAM, ir ievērojamas priekšrocības, ņemot vērā pēdas, energoefektivitāti un dizaina vienkāršību. Šim modulatoram ir iespēja nomākt vai pielāgot optisko nesēju, un to var integrēt ar koherentu noteikšanas un Kramer Kronig (KK) noteikšanas shēmām vairāku līniju kompaktiem koherentiem uztvērējiem. Demonstrētie sasniegumi veicina ļoti integrētu un efektīvu optisko raiduztvērēju realizāciju, lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu pēc augstas ietilpības datu komunikācijas datu centros un citās jomās.
Pasta laiks: 21.-2025. janvāris