Optoelektronik kompakt me bazë silikoniModulator IQpër komunikim koherent me shpejtësi të lartë
Kërkesa në rritje për nivele më të larta të transmetimit të të dhënave dhe transmetues më efikas të energjisë në qendrat e të dhënave ka nxitur zhvillimin e performancës së lartë kompaktemodulatorë optikë. Teknologjia optoelektronike e bazuar në silikon (SIPH) është bërë një platformë premtuese për integrimin e komponentëve të ndryshëm fotonikë në një çip të vetëm, duke mundësuar zgjidhje kompakte dhe me kosto efektive. Ky artikull do të eksplorojë një transportues roman të shtypur modulatorin e silikonit IQ bazuar në gesi eams, të cilat mund të funksionojnë me një frekuencë deri në 75 gbaud.
Dizajni dhe karakteristikat e pajisjes
Modulatori i propozuar i IQ miraton një strukturë kompakte të tre krahëve, siç tregohet në figurën 1 (a). I përbërë nga tre GESI EAM dhe tre ndërrues të fazës optike termo, duke adoptuar një konfigurim simetrik. Drita e hyrjes shoqërohet në çip përmes një bashkuesi të grilës (GC) dhe i ndarë në mënyrë të barabartë në tre shtigje përmes një interferometri multimode 1 × 3 (MMI). Pasi të kaloni nëpër modulatorin dhe transferuesin e fazës, drita rekombinohet nga një tjetër 1 × 3 mmi dhe më pas shoqërohet me një fibër me një modalitet (SSMF).
Figura 1: (a) Imazhi mikroskopik i modulatorit IQ; (b) - (d) EO S21, spektri i raportit të zhdukjes dhe transmetimi i një EAM të vetme Gesi; (e) Diagrami skematik i modulatorit IQ dhe faza optike përkatëse e zhvendosjes së fazës; (f) Përfaqësimi i shtypjes së transportuesit në rrafshin kompleks. Siç tregohet në Figurën 1 (b), Gesi EAM ka një gjerësi të gjerë elektro-optike. Figura 1 (b) mati parametrin S21 të një strukture të vetme të testit Gesi EAM duke përdorur një analizues të përbërësit optik 67 GHz (LCA). Figurat 1 (c) dhe 1 (d) përkatësisht përshkruajnë spektrin e raportit statik të zhdukjes (ER) në tensione të ndryshme DC dhe transmetimin në një gjatësi vale 1555 nanometra.
Siç tregohet në Figurën 1 (e), tipari kryesor i këtij modeli është aftësia për të shtypur transportuesit optikë duke rregulluar transferuesin e fazës së integruar në krahun e mesëm. Dallimi i fazës midis krahëve të sipërm dhe të poshtëm është π/2, i përdorur për akordim kompleks, ndërsa diferenca fazore midis krahut të mesëm është -3 π/4. Kjo konfigurim lejon ndërhyrje destruktive në transportues, siç tregohet në rrafshin kompleks të figurës 1 (f).
Vendosja dhe rezultatet eksperimentale
Vendosja eksperimentale me shpejtësi të lartë është treguar në figurën 2 (a). Një gjenerator arbitrar i formës së valës (Keysight M8194A) përdoret si burim sinjali, dhe dy amplifikatorë RF të përputhur me fazën 60 GHz (me tee paragjykimi të integruar) përdoren si drejtues të modulatorëve. Tensioni i paragjykimit të GESI EAM është -2.5 V, dhe një kabllo RF e përputhur me fazë përdoret për të minimizuar mospërputhjen e fazës elektrike midis kanaleve I dhe Q.
Figura 2: (a) Vendosja eksperimentale me shpejtësi të lartë, (b) shtypja e transportuesit në 70 gbaud, (c) shkalla e gabimit dhe shkalla e të dhënave, (d) yjësia në 70 gbaud. Përdorni një lazer komercial të zgavrës së jashtme (ECL) me një gjerësi prej 100 kHz, gjatësi vale 1555 nm, dhe fuqi prej 12 dBm si transportues optik. Pas modulimit, sinjali optik amplifikohet duke përdorur njëamplifikues i fibrave me erbium-doped(EDFA) për të kompensuar humbjet e bashkimit në chip dhe humbjet e futjes së modulatorit.
Në fundin e marrjes, një analizues i spektrit optik (OSA) monitoron spektrin e sinjalit dhe shtypjen e transportuesit, siç tregohet në figurën 2 (b) për një sinjal 70 Gbaud. Përdorni një marrës koherent të polarizimit të dyfishtë për të marrë sinjale, i cili përbëhet nga një mikser optik 90 shkallë dhe katër40 Photodiodes të ekuilibruar 40 GHz, dhe është i lidhur me një oshiloskop 33 GHz, 80 GSA/s në kohë reale (RTO) (Keysight DSOZ634A). Burimi i dytë ECL me një gjerësi të linjës prej 100 kHz përdoret si një oshilator lokal (LO). Për shkak të transmetuesit që vepron në kushte të vetme të polarizimit, vetëm dy kanale elektronike përdoren për konvertimin analog në dixhital (ADC). Të dhënat regjistrohen në RTO dhe përpunohen duke përdorur një procesor dixhital të sinjalit Offline (DSP).
Siç tregohet në Figurën 2 (c), moduluesi IQ u testua duke përdorur formatin e modulimit QPSK nga 40 Gbaud në 75 Gbaud. Rezultatet tregojnë se nën 7% vendime të vështira për korrigjimin e gabimit përpara (HD-FEC), shkalla mund të arrijë në 140 GB/s; Nën gjendjen e 20% të korrigjimit të gabimit të vendimit të butë përpara (SD-FEC), shpejtësia mund të arrijë në 150 GB/s. Diagrami i yjësisë në 70 gbaud është treguar në figurën 2 (d). Rezultati është i kufizuar nga gjerësia e brezit të oshiloskopit prej 33 GHz, e cila është e barabartë me një bandë sinjalesh prej afro 66 Gbaud.
Siç tregohet në Figurën 2 (b), struktura e tre krahut mund të shtypë në mënyrë efektive transportuesit optikë me një normë të zbritjes që tejkalon 30 dB. Kjo strukturë nuk kërkon shtypje të plotë të transportuesit dhe gjithashtu mund të përdoret në marrës që kërkojnë tonet e transportuesit për të rikuperuar sinjalet, siç janë marrësit Kramer Kronig (KK). Transportuesi mund të rregullohet përmes një transferuesi qendror të fazës së krahut për të arritur raportin e dëshiruar të bartësit ndaj brezit anësor (CSR).
Avantazhet dhe aplikimet
Krahasuar me moduluesit tradicionale të Mach Zehnder (Modulatorë MZM) dhe modulatorë të tjerë optoelektronikë të bazuar në silikon, moduluesit e propozuar të Silicon IQ ka avantazhe të shumta. Së pari, është në madhësi kompakte, më shumë se 10 herë më e vogël se moduluesit e IQ bazuar nëMACH ZEHNDER MODULATORT(duke përjashtuar pads e lidhjes), duke rritur kështu dendësinë e integrimit dhe zvogëlimin e zonës së çipit. Së dyti, modeli i elektrodës së grumbulluar nuk kërkon përdorimin e rezistorëve terminale, duke zvogëluar kështu kapacitetin e pajisjes dhe energjinë për bit. Së treti, aftësia e shtypjes së transportuesit maksimizon uljen e fuqisë së transmetimit, duke përmirësuar më tej efikasitetin e energjisë.
Për më tepër, gjerësia e brezit optik të GESI EAM është shumë i gjerë (mbi 30 nanometra), duke eleminuar nevojën për qarqet dhe përpunuesit e kontrollit të reagimeve me shumë kanale për të stabilizuar dhe sinkronizuar rezonancën e moduluesve të mikrovalës (MRM), duke thjeshtuar kështu modelin.
Ky modulues kompakt dhe efikas i IQ është shumë i përshtatshëm për gjeneratën e ardhshme, numërimin e kanalit të lartë dhe transmetuesit e vegjël koherent në qendrat e të dhënave, duke mundësuar kapacitet më të lartë dhe komunikim optik më efikas të energjisë.
Transportuesi shtypur modulatorin e Silicon IQ shfaq performancë të shkëlqyeshme, me një normë të transmetimit të të dhënave deri në 150 GB/s nën 20% kushte SD-FEC. Struktura e saj kompakte 3-krahu bazuar në GESI EAM ka avantazhe të rëndësishme për sa i përket gjurmëve, efikasitetit të energjisë dhe thjeshtësisë së projektimit. Ky modulues ka aftësinë për të shtypur ose rregulluar transportuesin optik dhe mund të integrohet me skemat e zbulimit koherent të zbulimit dhe Kramer Kronig (KK) për transmetuesit koherent kompakt shumë të linjave. Arritjet e demonstruara nxisin realizimin e transmetuesve optikë shumë të integruar dhe efikas për të përmbushur kërkesën në rritje për komunikim të të dhënave me kapacitet të lartë në qendrat e të dhënave dhe fushat e tjera.
Koha e postimit: Jan-21-2025