Kompaktiška silicio optoelektronikaIQ moduliatoriusdidelės spartos nuosekliam ryšiui
Didėjanti didesnio duomenų perdavimo spartos ir energiją taupančių siųstuvų-imtuvų paklausa duomenų centruose paskatino kompaktiškų, didelio našumo įrenginių kūrimą.optiniai moduliatoriai. Silicio pagrindu sukurta optoelektroninė technologija (SiPh) tapo daug žadančia platforma integruoti įvairius fotoninius komponentus į vieną lustą, o tai leidžia sukurti kompaktiškus ir ekonomiškus sprendimus. Šiame straipsnyje bus nagrinėjamas naujas nešiklio slopinamas silicio IQ moduliatorius, pagrįstas GeSi EAM, kuris gali veikti iki 75 Gbaud dažniu.
Prietaiso dizainas ir charakteristikos
Siūlomas IQ moduliatorius turi kompaktišką trijų rankų struktūrą, kaip parodyta 1 paveiksle (a). Sudarytas iš trijų GeSi EAM ir trijų termooptinių fazių keitiklių, kurių konfigūracija yra simetriška. Įvesties šviesa yra prijungta prie lusto per grotelių jungtį (GC) ir tolygiai padalinta į tris kelius per 1 × 3 daugiamodį interferometrą (MMI). Praleidus moduliatorių ir fazės poslinkį, šviesa rekombinuojama dar vienu 1 × 3 MMI ir tada prijungiama prie vieno modo pluošto (SSMF).
1 paveikslas: a) IQ moduliatoriaus mikroskopinis vaizdas; (b) – (d) EO S21, ekstinkcijos santykio spektras ir vieno GeSi EAM pralaidumas; e) IQ moduliatoriaus ir atitinkamos fazės keitiklio optinės fazės schema; f) nešiklio slopinimo vaizdavimas kompleksinėje plokštumoje. Kaip parodyta 1 paveiksle (b), GeSi EAM turi platų elektrooptinį pralaidumą. 1 paveiksle (b) buvo išmatuotas vienos GeSi EAM bandymo struktūros S21 parametras, naudojant 67 GHz optinių komponentų analizatorių (LCA). 1 (c) ir 1 (d) paveiksluose atitinkamai pavaizduoti statinio išnykimo santykio (ER) spektrai esant skirtingoms nuolatinės srovės įtampai ir perdavimas esant 1555 nanometrų bangos ilgiui.
Kaip parodyta 1 paveiksle (e), pagrindinė šios konstrukcijos ypatybė yra galimybė slopinti optinius nešiklius reguliuojant integruotą fazės keitiklį vidurinėje rankoje. Fazių skirtumas tarp viršutinės ir apatinės svirties yra π/2, naudojamas sudėtingam derinimui, o fazių skirtumas tarp vidurinės rankos yra -3 π/4. Ši konfigūracija leidžia daryti destruktyvius trukdžius nešikliui, kaip parodyta 1 paveikslo (f) sudėtingoje plokštumoje.
Eksperimento sąranka ir rezultatai
Didelės spartos eksperimentinė sąranka parodyta 2 paveiksle (a). Savavališkas bangos formos generatorius (Keysight M8194A) naudojamas kaip signalo šaltinis, o du 60 GHz fazės suderinti RF stiprintuvai (su integruotais poslinkio trišakiais) naudojami kaip moduliatoriaus tvarkyklės. GeSi EAM poslinkio įtampa yra -2,5 V, o fazių suderinimo RF kabelis naudojamas siekiant sumažinti elektrinių fazių neatitikimą tarp I ir Q kanalų.
2 paveikslas: (a) Didelės spartos eksperimentinė sąranka, (b) Nešlio slopinimas esant 70 Gbaud, (c) Klaidų dažnis ir duomenų perdavimo sparta, (d) Konsteliacija esant 70 Gbaud. Kaip optinį nešiklį naudokite komercinį išorinės ertmės lazerį (ECL), kurio linijos plotis 100 kHz, bangos ilgis 1555 nm ir 12 dBm galia. Po moduliacijos optinis signalas sustiprinamas naudojanterbiu legiruotas skaidulinis stiprintuvas(EDFA), kad kompensuotų lusto sujungimo ir moduliatoriaus įterpimo nuostolius.
Priėmimo gale optinio spektro analizatorius (OSA) stebi signalo spektrą ir nešlio slopinimą, kaip parodyta 2 paveiksle (b) 70 Gbaud signalui. Signalams priimti naudokite dvigubos poliarizacijos koherentinį imtuvą, 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 generatorius (LO). Kadangi siųstuvas veikia vienos poliarizacijos sąlygomis, analoginiam skaitmeniniam konvertavimui (ADC) naudojami tik du elektroniniai kanalai. Duomenys įrašomi į RTO ir apdorojami naudojant neprisijungusį skaitmeninį signalų procesorių (DSP).
Kaip parodyta 2 paveiksle (c), IQ moduliatorius buvo išbandytas naudojant QPSK moduliavimo formatą nuo 40 Gbaud iki 75 Gbaud. Rezultatai rodo, kad esant 7% sunkių sprendimų persiunčiamų klaidų taisymo (HD-FEC) sąlygoms, sparta gali siekti 140 Gb/s; Esant 20% minkštųjų sprendimų pirmyn klaidų taisymui (SD-FEC), greitis gali siekti 150 Gb/s. Konsteliacijos diagrama esant 70 Gbaud parodyta 2 paveiksle (d). Rezultatą riboja 33 GHz osciloskopo dažnių juostos plotis, kuris atitinka maždaug 66 Gbaud signalo pralaidumą.
Kaip parodyta 2 paveiksle (b), trijų svirčių struktūra gali veiksmingai slopinti optinius nešiklius, kurių išjungimo dažnis viršija 30 dB. Ši struktūra nereikalauja visiško nešiklio slopinimo ir gali būti naudojama imtuvuose, kuriems reikia nešiklio tonų, kad atkurtų signalus, pvz., Kramer Kronig (KK) imtuvuose. Laikiklį galima reguliuoti per centrinį svirties fazės keitiklį, kad būtų pasiektas norimas nešiklio ir šoninės juostos santykis (CSR).
Privalumai ir pritaikymas
Palyginti su tradiciniais Mach Zehnder moduliatoriais (MZM moduliatoriai) ir kiti silicio pagrindu pagaminti optoelektroniniai IQ moduliatoriai, siūlomas silicio IQ moduliatorius turi daug privalumų. Pirma, jis yra kompaktiško dydžio, daugiau nei 10 kartų mažesnis nei IQ moduliatoriaiMach Zehnder moduliatoriai(išskyrus klijavimo trinkeles), taip padidinant integracijos tankį ir sumažinant drožlių plotą. Antra, sukrauto elektrodo konstrukcija nereikalauja gnybtų rezistorių, taip sumažinant įrenginio talpą ir energiją vienam bitui. Trečia, nešiklio slopinimo galimybė maksimaliai sumažina perdavimo galią ir toliau gerina energijos vartojimo efektyvumą.
Be to, GeSi EAM optinis dažnių juostos plotis yra labai platus (daugiau nei 30 nanometrų), todėl nebereikia kelių kanalų grįžtamojo ryšio valdymo grandinių ir procesorių mikrobangų moduliatorių (MRM) rezonansui stabilizuoti ir sinchronizuoti, taip supaprastinant dizainą.
Šis kompaktiškas ir efektyvus IQ moduliatorius puikiai tinka naujos kartos, didelio kanalų skaičiaus ir mažiems koherentiniams siųstuvams-imtuvams duomenų centruose, todėl užtikrina didesnį pajėgumą ir energiją taupantį optinį ryšį.
Nešiklio slopinamas silicio IQ moduliatorius pasižymi puikiu našumu, o duomenų perdavimo sparta siekia iki 150 Gb/s 20 % SD-FEC sąlygomis. Kompaktiška 3 svirties struktūra, pagrįsta GeSi EAM, turi didelių pranašumų, susijusių su plotu, energijos vartojimo efektyvumu ir dizaino paprastumu. Šis moduliatorius turi galimybę slopinti arba reguliuoti optinį nešiklį ir gali būti integruotas su koherentinio aptikimo ir Kramer Kronig (KK) aptikimo schemomis kelių linijų kompaktiškiems koherentiniams siųstuvams-imtuvams. Pademonstruoti pasiekimai skatina sukurti labai integruotus ir efektyvius optinius siųstuvus-imtuvus, kad būtų patenkintas augantis didelės talpos duomenų perdavimo poreikis duomenų centruose ir kitose srityse.
Paskelbimo laikas: 2025-01-21