Kompaktiškas silicio pagrindu pagamintas optoelektroninis elementasIQ moduliatoriusdidelės spartos koherentiniam ryšiui
Didėjantis didesnio duomenų perdavimo greičio ir energiją taupančių siųstuvų-imtuvų poreikis duomenų centruose paskatino kompaktiškų, didelio našumo įrenginių kūrimą.optiniai moduliatoriaiSilicio pagrindu sukurta optoelektronikos technologija (SiPh) tapo perspektyvia platforma, skirta integruoti įvairius fotoninius komponentus į vieną lustą, o tai leidžia sukurti kompaktiškus ir ekonomiškus sprendimus. Šiame straipsnyje bus nagrinėjamas naujas nešiklio slopinimo silicio IQ moduliatorius, pagrįstas GeSi EAM, kuris gali veikti iki 75 Gbaud dažniu.
Įrenginio konstrukcija ir charakteristikos
Siūlomas IQ moduliatorius turi kompaktišką trijų atšakų struktūrą, kaip parodyta 1 paveiksle (a). Jį sudaro trys GeSi EAM ir trys termooptiniai fazės keitikliai, kurie yra simetriškos konfigūracijos. Įvesties šviesa į lustą prijungiama per gardelės jungiklį (GC) ir tolygiai padalijama į tris kelius per 1×3 daugiamodį interferometrą (MMI). Praėjusi pro moduliatorių ir fazės keitiklį, šviesa rekombinuojama kitu 1×3 MMI ir tada prijungiama prie vienmodžio šviesolaidžio (SSMF).
1 pav.: (a) IQ moduliatoriaus mikroskopinis vaizdas; (b) – (d) EO S21, gesinimo santykio spektras ir vieno GeSi EAM pralaidumas; (e) IQ moduliatoriaus ir atitinkamos fazės keitiklio optinės fazės schema; (f) nešėjų slopinimo vaizdavimas kompleksinėje plokštumoje. Kaip parodyta 1 pav. (b), GeSi EAM turi platų elektrooptinį pralaidumą. 1 pav. (b) išmatuotas vienos GeSi EAM bandymo struktūros S21 parametras naudojant 67 GHz optinių komponentų analizatorių (LCA). 1 pav. (c) ir 1 pav. (d) atitinkamai pavaizduoti statinio gesinimo santykio (ER) spektrai esant skirtingoms nuolatinės srovės įtampoms ir pralaidumas esant 1555 nanometrų bangos ilgiui.
Kaip parodyta 1(e) paveiksle, pagrindinis šios konstrukcijos bruožas yra galimybė slopinti optinius nešėjus reguliuojant integruotą fazės keitiklį vidurinėje atšakoje. Fazių skirtumas tarp viršutinės ir apatinės atšakų yra π/2, naudojamas kompleksiniam derinimui, o fazių skirtumas tarp vidurinės atšakos yra -3 π/4. Ši konfigūracija leidžia sukelti destruktyvius trukdžius nešėjui, kaip parodyta 1(f) paveikslo kompleksinėje plokštumoje.
Eksperimentinė sąranka ir rezultatai
Didelės spartos eksperimentinė schema parodyta 2 paveiksle (a). Signalo šaltinis yra savavališkai parinktas bangos formos generatorius („Keysight M8194A“), o moduliatorių tvarkyklės – du 60 GHz fazės suderinti RF stiprintuvai (su integruotais poliarizacijos trišakiais). „GeSi EAM“ poliarizacijos įtampa yra -2,5 V, o fazės suderintas RF kabelis naudojamas siekiant sumažinti elektrinį fazės neatitikimą tarp I ir Q kanalų.
2 pav.: (a) Didelės spartos eksperimentinė konfigūracija, (b) Nešlio slopinimas esant 70 Gbaud, (c) Klaidų dažnis ir duomenų perdavimo sparta, (d) Žvaigždynas esant 70 Gbaud. Kaip optinis nešėjas naudojamas komercinis išorinis rezonatorius lazeris (ECL), kurio linijos plotis yra 100 kHz, bangos ilgis – 1555 nm, o galia – 12 dBm. Po moduliacijos optinis signalas sustiprinamas naudojanterbio legiruotas pluošto stiprintuvas(EDFA), skirtas kompensuoti lustų sujungimo nuostolius ir moduliatoriaus įterpimo nuostolius.
Priėmimo pusėje optinis spektro analizatorius (OSA) stebi signalo spektrą ir nešlio slopinimą, kaip parodyta 2 (b) paveiksle, 70 Gbaud signalui. Signalams priimti naudojamas dvigubos poliarizacijos koherentinis imtuvas, kurį sudaro 90 laipsnių optinis maišytuvas ir keturi40 GHz subalansuoti fotodiodai, ir yra prijungtas prie 33 GHz, 80 GSa/s realaus laiko osciloskopo (RTO) („Keysight DSOZ634A“). Antrasis ECL šaltinis, kurio linijos plotis yra 100 kHz, naudojamas kaip vietinis osciliatorius (LO). Kadangi siųstuvas veikia vienos poliarizacijos sąlygomis, analoginiam-skaitmeniniam konvertavimui (ADC) naudojami tik du elektroniniai kanalai. Duomenys įrašomi į RTO ir apdorojami naudojant autonominį skaitmeninį signalų procesorių (DSP).
Kaip parodyta 2(c) paveiksle, IQ moduliatorius buvo išbandytas naudojant QPSK moduliacijos formatą nuo 40 Gbaud iki 75 Gbaud. Rezultatai rodo, kad esant 7 % griežtai tiesioginei klaidų taisai (HD-FEC), greitis gali siekti 140 Gb/s; esant 20 % švelniai tiesioginei klaidų taisai (SD-FEC), greitis gali siekti 150 Gb/s. Žvaigždynų diagrama esant 70 Gbaud greičiui parodyta 2(d) paveiksle. Rezultatą riboja 33 GHz osciloskopo dažnių juosta, kuri atitinka maždaug 66 Gbaud signalo dažnių juostą.
Kaip parodyta 2 (b) paveiksle, trijų atšakų struktūra gali efektyviai slopinti optinius nešėjus, kurių užtemdymo dažnis viršija 30 dB. Šiai struktūrai nereikia visiško nešėjo slopinimo ir ji taip pat gali būti naudojama imtuvuose, kuriems signalams atkurti reikalingi nešėjo tonai, pavyzdžiui, „Kramer Kronig“ (KK) imtuvuose. Nešlį galima reguliuoti centriniu atšakos fazės keitikliu, kad būtų pasiektas norimas nešėjo ir šoninės juostos santykis (CSR).
Privalumai ir pritaikymas
Palyginti su tradiciniais Macho-Zehnderio moduliatoriais (MZM moduliatoriai) ir kitų silicio pagrindu pagamintų optoelektroninių IQ moduliatorių, siūlomas silicio IQ moduliatorius turi daug privalumų. Pirma, jis yra kompaktiško dydžio, daugiau nei 10 kartų mažesnis nei IQ moduliatoriai, pagrįstiMacho-Zehnderio moduliatoriai(išskyrus sujungimo kontaktus), taip padidinant integravimo tankį ir sumažinant lusto plotą. Antra, sluoksniuotos elektrodų konstrukcijos atveju nereikia naudoti galinių rezistorių, todėl sumažėja įrenginio talpa ir energija vienam bitui. Trečia, krūvininkų slopinimo galimybė maksimaliai sumažina perdavimo galią, dar labiau pagerindama energijos vartojimo efektyvumą.
Be to, „GeSi EAM“ optinis pralaidumas yra labai platus (daugiau nei 30 nanometrų), todėl nereikia daugiakanalių grįžtamojo ryšio valdymo grandinių ir procesorių, kurie stabilizuotų ir sinchronizuotų mikrobangų moduliatorių (MRM) rezonansą, taip supaprastinant konstrukciją.
Šis kompaktiškas ir efektyvus IQ moduliatorius puikiai tinka naujos kartos, didelio kanalų skaičiaus ir mažiems koherentiniams siųstuvams-imtuvams duomenų centruose, nes užtikrina didesnį pajėgumą ir energiją taupantį optinį ryšį.
Nešlio slopinimo silicio IQ moduliatorius pasižymi puikiomis savybėmis – duomenų perdavimo sparta siekia iki 150 Gb/s esant 20 % SD-FEC sąlygoms. Jo kompaktiška 3 atšakų struktūra, pagrįsta „GeSi EAM“, turi reikšmingų pranašumų, susijusių su mažu užimamu plotu, energijos vartojimo efektyvumu ir konstrukcijos paprastumu. Šis moduliatorius gali slopinti arba reguliuoti optinį nešlį ir gali būti integruotas su koherentinės detekcijos ir Kramer Kronig (KK) detekcijos schemomis daugialinijoms kompaktiškoms koherentinėms siųstuvų-imtuvų sistemoms. Šie pasiekimai skatina kurti labai integruotus ir efektyvius optinius siųstuvus-imtuvus, siekiant patenkinti augančią didelės talpos duomenų perdavimo paklausą duomenų centruose ir kitose srityse.
Įrašo laikas: 2025 m. sausio 21 d.