Optoelektronikë kompakte me bazë silikoniModulatori i IQ-sëpër komunikim koherent me shpejtësi të lartë
Kërkesa në rritje për shpejtësi më të larta transmetimi të të dhënave dhe marrës-transmetues më efikasë në energji në qendrat e të dhënave ka nxitur zhvillimin e pajisjeve kompakte me performancë të lartë.modulatorë optikëTeknologjia 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 shqyrtojë një modulator të ri të IQ-së së silikonit me shtypje bartëse bazuar në GeSi EAM, i cili mund të funksionojë në një frekuencë deri në 75 Gbaud.
Dizajni dhe karakteristikat e pajisjes
Modulatori IQ i propozuar përdor një strukturë kompakte me tre krahë, siç tregohet në Figurën 1 (a). I përbërë nga tre GeSi EAM dhe tre zhvendosës faze termoptikë, duke përdorur një konfigurim simetrik. Drita hyrëse lidhet me çipin përmes një bashkues rrjete (GC) dhe ndahet në mënyrë të barabartë në tre shtigje përmes një interferometri multimodal (MMI) 1×3. Pasi kalon nëpër modulator dhe zhvendosës faze, drita rikombinohet nga një MMI tjetër 1×3 dhe më pas lidhet me një fibër me një modalitet të vetëm (SSMF).
Figura 1: (a) Imazh mikroskopik i modulatorit IQ; (b) – (d) EO S21, spektri i raportit të zhdukjes dhe transmetimi i një EAM të vetëm GeSi; (e) Diagrami skematik i modulatorit IQ dhe faza optike përkatëse e zhvendosësit të fazës; (f) Përfaqësimi i shtypjes së bartësit në planin kompleks. Siç tregohet në Figurën 1 (b), GeSi EAM ka një gjerësi të gjerë bandwidth elektro-optik. Figura 1 (b) mati parametrin S21 të një strukture të vetme testimi GeSi EAM duke përdorur një analizues të komponentëve optikë (LCA) 67 GHz. Figurat 1 (c) dhe 1 (d) përshkruajnë përkatësisht spektrat e raportit statik të zhdukjes (ER) në tensione të ndryshme DC dhe transmetimin në një gjatësi vale prej 1555 nanometrash.
Siç tregohet në Figurën 1 (e), karakteristika kryesore e këtij dizajni është aftësia për të shtypur bartësit optikë duke rregulluar zhvendosësin e integruar të fazës në krahun e mesëm. Diferenca e fazës midis krahëve të sipërm dhe të poshtëm është π/2, e përdorur për akordim kompleks, ndërsa diferenca e fazës midis krahut të mesëm është -3 π/4. Ky konfigurim lejon ndërhyrje shkatërruese në bartës, siç tregohet në planin kompleks të Figurës 1 (f).
Konfigurimi eksperimental dhe rezultatet
Konfigurimi eksperimental me shpejtësi të lartë tregohet në Figurën 2 (a). Një gjenerator i formës valore arbitrare (Keysight M8194A) përdoret si burim sinjali, dhe dy amplifikatorë RF të përputhur me fazën 60 GHz (me T të polarizuara të integruara) përdoren si drejtues modulatorësh. Tensioni i polarizimit të GeSi EAM është -2.5 V, dhe një kabllo RF e përputhur me fazën përdoret për të minimizuar mospërputhjen elektrike të fazës midis kanaleve I dhe Q.
Figura 2: (a) Konfigurim eksperimental me shpejtësi të lartë, (b) Shtypje e bartësit në 70 Gbaud, (c) Shkalla e gabimit dhe shkalla e të dhënave, (d) Konstelacioni në 70 Gbaud. Përdorni një lazer komercial me zgavër të jashtme (ECL) me një gjerësi vije prej 100 kHz, gjatësi vale prej 1555 nm dhe fuqi prej 12 dBm si bartës optik. Pas modulimit, sinjali optik amplifikohet duke përdorur njëamplifikator fibre i dopuar me erbium(EDFA) për të kompensuar humbjet e çiftëzimit në çip dhe humbjet e futjes së modulatorit.
Në anën marrëse, një Analizues i Spektrit Optik (OSA) monitoron spektrin e sinjalit dhe shtypjen e bartësit, siç tregohet në Figurën 2 (b) për një sinjal 70 Gbaud. Përdorni një marrës koherent me polarizim të dyfishtë për të marrë sinjale, i cili përbëhet nga një mikser optik 90 gradë dhe katërFotodioda të balancuara 40 GHz, dhe është i lidhur me një oshiloskop (RTO) në kohë reale 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A). Burimi i dytë ECL me një gjerësi vije prej 100 kHz përdoret si oshilator lokal (LO). Për shkak të transmetuesit që vepron në kushte të polarizimit të vetëm, përdoren vetëm dy kanale elektronike për konvertimin analog-në-dixhital (ADC). Të dhënat regjistrohen në RTO dhe përpunohen duke përdorur një procesor sinjali dixhital jashtë linje (DSP).
Siç tregohet në Figurën 2 (c), modulatori IQ u testua duke përdorur formatin e modulimit QPSK nga 40 Gbaud në 75 Gbaud. Rezultatet tregojnë se në kushte korrigjimi gabimi me vendim të fortë përpara (HD-FEC) prej 7%, shpejtësia mund të arrijë 140 Gb/s; Në kushte korrigjimi gabimi me vendim të butë përpara prej 20% (SD-FEC), shpejtësia mund të arrijë 150 Gb/s. Diagrama e konstelacionit në 70 Gbaud është treguar në Figurën 2 (d). Rezultati është i kufizuar nga gjerësia e brezit të osciloskopit prej 33 GHz, e cila është ekuivalente me një gjerësi brezi sinjali prej afërsisht 66 Gbaud.
Siç tregohet në Figurën 2 (b), struktura me tre krahë mund të shtypë në mënyrë efektive bartësit optikë me një shkallë boshllëku që tejkalon 30 dB. Kjo strukturë nuk kërkon shtypje të plotë të bartësit dhe mund të përdoret gjithashtu në marrës që kërkojnë tone bartëse për të rikuperuar sinjalet, siç janë marrësit Kramer Kronig (KK). Bartësi mund të rregullohet përmes një zhvendosësi faze të krahut qendror për të arritur raportin e dëshiruar të bartësit ndaj brezit anësor (CSR).
Avantazhet dhe Zbatimet
Krahasuar me modulatorët tradicionalë Mach Zehnder (Modulatorët MZM) dhe modulatorë të tjerë optoelektronikë të IQ-së me bazë silikoni, modulatori i propozuar i IQ-së prej silikoni ka përparësi të shumta. Së pari, është kompakt në madhësi, më shumë se 10 herë më i vogël se modulatorët e IQ-së të bazuar nëModulatorët Mach Zehnder(duke përjashtuar jastëkët lidhës), duke rritur kështu dendësinë e integrimit dhe duke zvogëluar sipërfaqen e çipit. Së dyti, dizajni i elektrodës së grumbulluar nuk kërkon përdorimin e rezistorëve terminalë, duke zvogëluar kështu kapacitetin e pajisjes dhe energjinë për bit. Së treti, aftësia e shtypjes së bartësve maksimizon zvogëlimin e fuqisë së transmetimit, duke përmirësuar më tej efikasitetin e energjisë.
Për më tepër, gjerësia e brezit optik të GeSi EAM është shumë e gjerë (mbi 30 nanometra), duke eliminuar nevojën për qarqe kontrolli reagimi shumëkanalëshe dhe procesorë për të stabilizuar dhe sinkronizuar rezonancën e modulatorëve të mikrovalëve (MRM), duke thjeshtuar kështu dizajnin.
Ky modulator IQ kompakt dhe efikas është shumë i përshtatshëm për transmetues të vegjël koherentë të gjeneratës së ardhshme, me numër të lartë kanalesh dhe me numër të lartë kanalesh në qendrat e të dhënave, duke mundësuar kapacitet më të lartë dhe komunikim optik më efikas nga ana e energjisë.
Modulatori IQ i silikonit të shtypur me bartës shfaq performancë të shkëlqyer, me një shpejtësi transmetimi të dhënash deri në 150 Gb/s në kushte SD-FEC 20%. Struktura e tij kompakte me 3 krahë bazuar në GeSi EAM ka avantazhe të konsiderueshme në aspektin e gjurmës, efikasitetit të energjisë dhe thjeshtësisë së dizajnit. Ky modulator ka aftësinë për të shtypur ose rregulluar bartësin optik dhe mund të integrohet me zbulimin koherent dhe skemat e zbulimit Kramer Kronig (KK) për marrës-transmetues koherentë kompaktë me shumë linja. Arritjet e demonstruara nxisin realizimin e marrës-transmetuesve optikë shumë të integruar dhe efikasë për të përmbushur kërkesën në rritje për komunikim të të dhënave me kapacitet të lartë në qendrat e të dhënave dhe fusha të tjera.
Koha e postimit: 21 janar 2025