Kompaktiškas silicio pagrindu pagamintas optoelektroninisIQ moduliatoriusgreitajam nuosekliam bendravimui
Didėjanti didesnių duomenų perdavimo greičių ir efektyvesnių energijos vartojimo siųstuvų imtuvų poreikis duomenų centruose paskatino kompaktiško didelio našumo kūrimąOptiniai moduliatoriai. Silicio pagrindu sukurta optoelektroninė technologija (SIPH) tapo perspektyvia platforma, skirta įvairių fotoninių komponentų integravimui į vieną lustą, įgalinančią kompaktiškus ir ekonomiškus sprendimus. Šiame straipsnyje bus ištirtas naujas vežėjas, užgniaužtas silicio IQ moduliatorius, pagrįstas „Gesi Eams“, kuris gali veikti iki 75 GBAUD dažnio.
Įrenginio dizainas ir charakteristikos
Siūlomas IQ moduliatorius priima kompaktišką trijų rankos struktūrą, kaip parodyta 1 paveiksle (a). Sudarytos iš trijų „Gesi eam“ ir trijų „Thermo“ optinių fazių perjungiklių, pritaikydami simetrišką konfigūraciją. Įvesties lemputė yra sujungta į lustą per grotelių jungtį (GC) ir tolygiai padalinta į tris kelius per 1 × 3 multimode interferometrą (MMI). Praėjus per moduliatorių ir fazių perjungiklį, šviesą rekombinuota dar 1 × 3 MMI ir tada sujungta su vieno režimo pluoštu (SSMF).
1 paveikslas: a) mikroskopinis IQ moduliatoriaus vaizdas; (b) - (d) EO S21, išnykimo santykio spektras ir vieno gesi eam perdavimas; e) IQ moduliatoriaus schema ir atitinkama fazės perjungiklio optinė fazė; f) Vežėjų slopinimo vaizdas sudėtingoje plokštumoje. Kaip parodyta 1 (b) paveiksle, „Gesi eAM“ turi platų elektro-optinio pralaidumo. 1 pav. (B) išmatuotas vieno Gesi eam bandymo struktūros S21 parametras, naudojant 67 GHz optinio komponento analizatorių (LCA). 1 (c) ir 1 (d) paveiksluose pavaizduoti statinio išnykimo santykio (ER) spektrai esant skirtingoms nuolatinės srovės įtampoms ir transmisijai, esant 1555 nanometrų bangos ilgiui.
Kaip parodyta 1 paveiksle (e), pagrindinis šio dizaino bruožas yra galimybė slopinti optinius nešiklius, sureguliuojant integruotą fazės perjungiklį vidurinėje rankoje. Fazių skirtumas tarp viršutinės ir apatinės rankos yra π/2, naudojamas sudėtingam derinimui, o fazių skirtumas tarp vidurinės rankos yra -3 π/4. Ši konfigūracija leidžia laikikliui griauti destruktyvius trukdžius, kaip parodyta sudėtingoje (F) paveikslo sudėtingoje plokštumoje.
Eksperimentinė sąranka ir rezultatai
Greita eksperimentinė sąranka parodyta 2 paveiksle (a). Kaip signalo šaltinis naudojamas savavališkas bangos formos generatorius („Keysight M8194A“), o dvi 60 GHz fazės suderintos RF stiprintuvai (su integruotais šališkumo Tees) naudojami kaip moduliatoriaus tvarkyklės. Gesi eam šališkumo įtampa yra -2,5 V, o fazės suderintas RF kabelis naudojamas siekiant sumažinti elektrinės fazės neatitikimą tarp I ir Q kanalų.
2 paveikslas. Naudokite komercinį išorinį ertmės lazerį (ECL), kurio linijos plotis yra 100 kHz, bangos ilgis yra 1555 nm, o galia - 12 dBm kaip optinis nešiklis. Po moduliacijos optinis signalas sustiprinamas naudojantErbio ląstelinio pluošto stiprintuvas(EDFA) kompensuoti lusto sukabinimo nuostolius ir moduliatoriaus įterpimo nuostolius.
Priimančiame gale optinio spektro analizatorius (OSA) stebi signalo spektrą ir nešiklio slopinimą, kaip parodyta 70 GBAUD signalo 2 paveiksle. Norėdami gauti signalus, naudokite dvigubą 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 osciloskopu (RTO) (Keysight DSOZ634A). Antrasis ECL šaltinis, kurio linijos plotis yra 100 kHz, naudojamas kaip vietinis osciliatorius (LO). Dėl siųstuvo, veikiančio vienos poliarizacijos sąlygomis, analoginiam-skaitmeniniam konversijai (ADC) naudojami tik du elektroniniai kanalai. Duomenys įrašomi RTO ir apdorojami naudojant neprisijungusio skaitmeninio signalo 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% sunkių sprendimų išankstinėms klaidų taisymo (HD-FEC) sąlygoms, norma gali pasiekti 140 GB/s; Esant 20% minkštųjų sprendimų išankstinei klaidos taisymui (SD-FEC) sąlygomis, greitis gali pasiekti 150 GB/s. 70 GBAUD žvaigždyno diagrama parodyta 2 (D) paveiksle. Rezultatą riboja 33 GHz osciloskopo pralaidumas, kuris yra lygus signalo pralaidumui, kuris yra maždaug 66 GBAUD.
Kaip parodyta 2 (b) paveiksle, trys rankos struktūra gali veiksmingai slopinti optinius nešiklius, kurių palyginimo greitis viršija 30 dB. Ši konstrukcija nereikalauja visiško nešiklio slopinimo, taip pat gali būti naudojama imtuvuose, kuriems reikia nešiklio tonų, kad būtų galima atkurti signalus, tokius kaip „Kramer Kronig“ (KK) imtuvai. Vežėjas gali būti sureguliuotas per centrinės rankos fazės perjungiklį, kad būtų pasiektas norimas nešiklio ir šoninės juostos santykis (CSR).
Privalumai ir programos
Palyginti su tradiciniais „Mach Zehnder“ moduliatoriais (MZM moduliatoriai) ir kiti silicio pagrindu pagaminti optoelektroniniai IQ moduliatoriai, siūlomas silicio IQ moduliatorius turi daugybę pranašumų. Pirma, jis yra kompaktiško dydžio, daugiau nei 10 kartų mažesnis už IQ moduliatoriusMach Zehnder moduliatoriai(Išskyrus ryšių trinkeles), taip padidindamas integracijos tankį ir sumažinant lusto plotą. Antra, sukrauto elektrodo konstrukcijai nereikia naudoti gnybtų rezistorių, taip sumažinant prietaiso talpą ir energiją kiekvienam bitui. Trečia, vežėjų slopinimo galimybė maksimaliai padidina perdavimo galią, dar labiau pagerinant energijos vartojimo efektyvumą.
Be to, optinis „Gesi Eam“ pralaidumas yra labai platus (daugiau nei 30 nanometrų), pašalinant daugiakanalio grįžtamojo ryšio valdymo grandinių ir procesorių poreikį stabilizuoti ir sinchronizuoti mikrobangų moduliatorių (MRM) rezonansą, taip supaprastinant dizainą.
Šis kompaktiškas ir efektyvus IQ moduliatorius yra labai tinkamas naujos kartos, aukšto kanalų skaičiui ir mažiems nuosekliems siųstuvams duomenų centruose, įgalinant didesnę talpą ir efektyvesnį energiją taupančią optinį ryšį.
Vežėjas slopino silicio IQ moduliatorių pasižymi puikiu našumu, kai duomenų perdavimo greitis yra iki 150 GB/s, esant 20% SD-FEC sąlygoms. Jo kompaktiška 3 rankos struktūra, pagrįsta „Gesi Eam“, turi didelių pranašumų, susijusių su pėdsakais, energijos vartojimo efektyvumu ir dizaino paprastumu. Šis moduliatorius turi galimybę slopinti ar sureguliuoti optinį nešiklį ir gali būti integruotas su nuosekliais aptikimo ir Kramer Kronig (KK) aptikimo schemomis, skirtoms daugialypės kompaktiškų nuoseklių siųstuvų siųstuvams. Parodyti laimėjimai skatina realizuoti labai integruotus ir efektyvius optinius siųstuvus, siekiant patenkinti didėjančią didelės talpos duomenų ryšio paklausą duomenų centruose ir kitose srityse.
Pašto laikas: 2012 m. Sausio 21 d