Kompakt silikon bazlı optoelektronikIQ modülatörüyüksek hızlı tutarlı iletişim için
Veri merkezlerinde daha yüksek veri iletim hızlarına ve daha fazla enerji tasarrufu sağlayan alıcı-vericilere yönelik artan talep, kompakt yüksek performanslı cihazların geliştirilmesini sağlamıştır.optik modülatörler. Silikon tabanlı optoelektronik teknoloji (SiPh), çeşitli fotonik bileşenleri tek bir çipe entegre etmek için umut vadeden bir platform haline geldi ve kompakt ve uygun maliyetli çözümlere olanak sağladı. Bu makale, 75 Gbaud'a kadar bir frekansta çalışabilen GeSi EAM'lere dayalı yeni bir taşıyıcı bastırılmış silikon IQ modülatörünü inceleyecektir.
Cihaz tasarımı ve özellikleri
Önerilen IQ modülatörü, Şekil 1 (a)'da gösterildiği gibi kompakt üç kollu bir yapı benimser. Üç GeSi EAM ve üç termo optik faz kaydırıcıdan oluşur ve simetrik bir yapılandırma benimser. Giriş ışığı, bir kafes kuplörü (GC) aracılığıyla çipe bağlanır ve 1×3 çok modlu bir interferometre (MMI) aracılığıyla eşit olarak üç yola bölünür. Modülatör ve faz kaydırıcıdan geçtikten sonra ışık, başka bir 1×3 MMI tarafından yeniden birleştirilir ve ardından tek modlu bir fibere (SSMF) bağlanır.
Şekil 1: (a) IQ modülatörünün mikroskobik görüntüsü; (b) – (d) EO S21, sönüm oranı spektrumu ve tek bir GeSi EAM'nin geçirgenliği; (e) IQ modülatörünün şematik diyagramı ve faz kaydırıcının karşılık gelen optik fazı; (f) Karmaşık düzlemde taşıyıcı bastırma gösterimi. Şekil 1 (b)'de gösterildiği gibi, GeSi EAM geniş bir elektro-optik bant genişliğine sahiptir. Şekil 1 (b) 67 GHz optik bileşen analizörü (LCA) kullanılarak tek bir GeSi EAM test yapısının S21 parametresi ölçülmüştür. Şekil 1 (c) ve 1 (d) sırasıyla farklı DC voltajlarındaki statik sönüm oranı (ER) spektrumlarını ve 1555 nanometre dalga boyundaki geçirgenliği göstermektedir.
Şekil 1 (e)'de gösterildiği gibi, bu tasarımın temel özelliği, orta koldaki entegre faz kaydırıcıyı ayarlayarak optik taşıyıcıları bastırma yeteneğidir. Üst ve alt kollar arasındaki faz farkı π/2'dir ve karmaşık ayarlama için kullanılırken, orta kol arasındaki faz farkı -3 π/4'tür. Bu yapılandırma, Şekil 1 (f)'nin karmaşık düzleminde gösterildiği gibi taşıyıcıya yıkıcı girişim sağlar.
Deneysel kurulum ve sonuçlar
Yüksek hızlı deneysel kurulum Şekil 2 (a)'da gösterilmiştir. Sinyal kaynağı olarak keyfi bir dalga formu jeneratörü (Keysight M8194A) kullanılır ve iki adet 60 GHz faz eşleştirilmiş RF amplifikatörü (entegre önyargı T'leriyle) modülatör sürücüleri olarak kullanılır. GeSi EAM'nin önyargı voltajı -2,5 V'tur ve I ve Q kanalları arasındaki elektriksel faz uyumsuzluğunu en aza indirmek için faz eşleştirilmiş bir RF kablosu kullanılır.
Şekil 2: (a) Yüksek hızlı deneysel kurulum, (b) 70 Gbaud'da taşıyıcı bastırma, (c) Hata oranı ve veri hızı, (d) 70 Gbaud'da takımyıldız. Optik taşıyıcı olarak 100 kHz hat genişliğine, 1555 nm dalga boyuna ve 12 dBm güce sahip ticari bir dış boşluk lazeri (ECL) kullanın. Modülasyondan sonra, optik sinyal birerbiyum katkılı fiber amplifikatör(EDFA) çip üzerindeki bağlantı kayıplarını ve modülatör ekleme kayıplarını telafi etmek için.
Alıcı uçta, bir Optik Spektrum Analizörü (OSA), Şekil 2 (b)'de gösterildiği gibi 70 Gbaud sinyali için sinyal spektrumunu ve taşıyıcı bastırmayı izler. 90 derecelik bir optik karıştırıcı ve dörtlüden oluşan sinyalleri almak için çift polarizasyonlu tutarlı bir alıcı kullanın.40 GHz dengeli fotodiyotlarve 33 GHz, 80 GSa/s gerçek zamanlı osiloskopa (RTO) (Keysight DSOZ634A) bağlıdır. 100 kHz hat genişliğine sahip ikinci ECL kaynağı yerel osilatör (LO) olarak kullanılır. Verici tek polarizasyon koşulları altında çalıştığı için, analogdan dijitale dönüşüm (ADC) için yalnızca iki elektronik kanal kullanılır. Veriler RTO'ya kaydedilir ve çevrimdışı bir dijital sinyal işlemcisi (DSP) kullanılarak işlenir.
Şekil 2 (c)'de gösterildiği gibi, IQ modülatörü 40 Gbaud'dan 75 Gbaud'a kadar QPSK modülasyon formatı kullanılarak test edildi. Sonuçlar, %7 sert karar ileri hata düzeltme (HD-FEC) koşulları altında hızın 140 Gb/s'ye ulaşabileceğini; %20 yumuşak karar ileri hata düzeltme (SD-FEC) koşulu altında hızın 150 Gb/s'ye ulaşabileceğini göstermektedir. 70 Gbaud'daki takımyıldız diyagramı Şekil 2 (d)'de gösterilmiştir. Sonuç, yaklaşık 66 Gbaud'luk bir sinyal bant genişliğine eşdeğer olan 33 GHz'lik osiloskop bant genişliğiyle sınırlıdır.
Şekil 2 (b)'de gösterildiği gibi, üç kollu yapı, 30 dB'yi aşan bir körleme oranına sahip optik taşıyıcıları etkili bir şekilde bastırabilir. Bu yapı, taşıyıcının tamamen bastırılmasını gerektirmez ve ayrıca Kramer Kronig (KK) alıcıları gibi sinyalleri kurtarmak için taşıyıcı tonlarına ihtiyaç duyan alıcılarda da kullanılabilir. Taşıyıcı, istenen taşıyıcı-yan bant oranına (CSR) ulaşmak için merkezi bir kol faz kaydırıcısı aracılığıyla ayarlanabilir.
Avantajlar ve Uygulamalar
Geleneksel Mach Zehnder modülatörleriyle karşılaştırıldığında (MZM modülatörleri) ve diğer silikon tabanlı optoelektronik IQ modülatörleri, önerilen silikon IQ modülatörünün birden fazla avantajı vardır. İlk olarak, kompakt boyuttadır, IQ modülatörlerinden 10 kat daha küçüktürMach Zehnder modülatörleri(bağlama pedleri hariç), böylece entegrasyon yoğunluğu artar ve çip alanı azalır. İkinci olarak, yığılmış elektrot tasarımı terminal dirençlerinin kullanımını gerektirmez, böylece cihaz kapasitansı ve bit başına enerji azalır. Üçüncüsü, taşıyıcı bastırma yeteneği iletim gücünün azaltılmasını en üst düzeye çıkarır ve enerji verimliliğini daha da iyileştirir.
Ayrıca GeSi EAM'nin optik bant genişliği oldukça geniştir (30 nanometrenin üzerinde), bu sayede mikrodalga modülatörlerinin (MRM) rezonansını dengelemek ve senkronize etmek için çok kanallı geri besleme kontrol devrelerine ve işlemcilere ihtiyaç duyulmaz ve böylece tasarım basitleştirilir.
Bu kompakt ve verimli IQ modülatörü, veri merkezlerindeki yeni nesil, yüksek kanal sayısına sahip ve küçük tutarlı alıcı-vericiler için son derece uygundur ve daha yüksek kapasiteli ve daha enerji tasarruflu optik iletişime olanak tanır.
Taşıyıcı bastırılmış silikon IQ modülatörü, %20 SD-FEC koşulları altında 150 Gb/s'ye kadar veri iletim hızıyla mükemmel performans sergiliyor. GeSi EAM tabanlı kompakt 3 kollu yapısı, ayak izi, enerji verimliliği ve tasarım basitliği açısından önemli avantajlara sahiptir. Bu modülatör, optik taşıyıcıyı bastırma veya ayarlama yeteneğine sahiptir ve çok hatlı kompakt tutarlı alıcı-vericiler için tutarlı algılama ve Kramer Kronig (KK) algılama şemalarıyla entegre edilebilir. Gösterilen başarılar, veri merkezlerinde ve diğer alanlarda yüksek kapasiteli veri iletişimine yönelik artan talebi karşılamak için son derece entegre ve verimli optik alıcı-vericilerin gerçekleştirilmesini sağlar.
Gönderi zamanı: 21-Oca-2025