Yüksek hızlı tutarlı iletişim için kompakt silikon tabanlı optoelektronik IQ modülatörü

Kompakt silikon bazlı optoelektronikIQ modülatörüYüksek hızlı tutarlı iletişim için
Veri merkezlerindeki daha yüksek veri iletim oranlarına ve daha fazla enerji tasarruflu alıcı-vericiye olan talep artan talep, kompakt yüksek performansının geliştirilmesini sağladıoptik modülatörler. Silikon tabanlı optoelektronik teknoloji (SIPH), çeşitli fotonik bileşenleri tek bir çip üzerine entegre etmek için umut verici bir platform haline gelerek kompakt ve uygun maliyetli çözümleri mümkün kılmaktadır. Bu makale, 75 GBAUD frekansında çalışabilen GESI EAM'lerine dayanan yeni bir taşıyıcı bastırılmış silikon IQ modülatörünü araştıracak.
Cihaz tasarımı ve özellikleri
Önerilen IQ modülatörü, Şekil 1 (a) 'da gösterildiği gibi kompakt bir üç kol yapısını benimser. Simetrik bir konfigürasyonu benimseyen üç Gesi EAM ve üç termo optik faz değiştiriciden oluşur. Giriş ışığı bir ızgara kuplörü (GC) yoluyla çip içine bağlanır ve 1 × 3 multimod interferometre (MMI) yoluyla eşit olarak üç yola bölünür. Modülatör ve faz kaydırıcısından geçtikten sonra, ışık başka bir 1 × 3 MMI ile yeniden birleştirilir ve daha sonra tek modlu bir fibere (SSMF) bağlanır.


Şekil 1: (a) IQ modülatörünün mikroskobik görüntüsü; (b) - (d) EO S21, yok olma oranı spektrumu ve tek bir Gesi EAM'ın geçirgenliği; (e) IQ modülatörünün şematik diyagramı ve faz kaydırıcısının 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 parametresini ölçmüştür. Şekil 1 (c) ve 1 (d), sırasıyla farklı DC voltajlarında statik yok olma oranı (ER) spektrumlarını ve 1555 nanometrelik bir dalga boyunda iletimi tasvir eder.
Şekil 1 (e) 'de gösterildiği gibi, bu tasarımın ana özelliği, orta koldaki entegre faz değiştiriciyi ayarlayarak optik taşıyıcıları bastırma yeteneğidir. Üst ve alt kollar arasındaki faz farkı, karmaşık ayar için kullanılan π/2'dir, orta kol arasındaki faz farkı -3 π/4'tür. Bu konfigürasyon, Şekil 1 (f) 'nin karmaşık düzleminde gösterildiği gibi taşıyıcıya yıkıcı parazit sağlar.
Deney kurulumu ve sonuçları
Yüksek hızlı deney kurulumu Şekil 2 (a) 'da gösterilmektedir. Sinyal kaynağı olarak keyfi bir dalga formu jeneratörü (Keysight M8194a) kullanılır ve modülatör sürücüleri olarak iki 60 GHz faz eşleşen RF amplifikatörleri (entegre önyargı tişörtleri ile) kullanılır. GESI EAM'ın yanlılık voltajı -2.5 V'dir ve I ve Q kanalları arasındaki elektrik faz uyuşmazlığını en aza indirmek için bir faz eşleşen RF kablosu kullanılır.
Şekil 2: (a) Yüksek hızlı deney kurulumu, (b) 70 GBAUD'da taşıyıcı bastırma, (c) hata oranı ve veri hızı, (d) 70 GBAUD'da takımyıldızı. 100 kHz'lik bir çizgi genişliği, 1555 nm dalga boyu ve optik taşıyıcı olarak 12 dBm gücü olan ticari bir harici boşluk lazeri (ECL) kullanın. Modülasyondan sonra, optik sinyal birErbium katkılı lif amplifikatörü(EDFA) çip içi kuplaj kayıplarını ve modülatör yerleştirme kayıplarını telafi etmek.
Alıcı uçta, bir optik spektrum analizörü (OSA), 70 GBAUD sinyali için Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi sinyal spektrumunu ve taşıyıcı baskılanmasını izler. 90 derecelik bir optik mikser ve dörtten oluşan sinyalleri almak için çift polarizasyon tutarlı bir alıcı kullanın40 GHz dengeli fotodiyotlarve 33 GHz, 80 GSA/s gerçek zamanlı osiloskopa (RTO) (Keysight DSOZ634A) bağlanır. 100 kHz'lik bir çizgi genişliğine sahip ikinci ECL kaynak lokal osilatör (LO) olarak kullanılır. Tek polarizasyon koşulları altında çalışan verici nedeniyle, analog-dijital dönüşüm (ADC) için sadece iki elektronik kanal kullanılır. Veriler RTO'da kaydedilir ve çevrimdışı bir dijital sinyal işlemci (DSP) kullanılarak işlenir.
Şekil 2 (c) 'de gösterildiği gibi, IQ modülatörü 40 GBAud'dan 75 GBAUD'a QPSK modülasyon formatı kullanılarak test edildi. Sonuçlar,% 7'lik sert karar ileri hata düzeltme (HD-FEC) koşullarının altında, oranın 140 gb/s'ye ulaşabileceğini; % 20 Yumuşak Karar İleriye Düzeltme (SD-FEC) durumu altında, hız 150 GB/s'ye ulaşabilir. 70 GBAUD'daki takımyıldız diyagramı Şekil 2 (d) 'de gösterilmektedir. Sonuç, yaklaşık 66 GBAud sinyal bant genişliğine eşdeğer olan 33 GHz osiloskop bant genişliği ile sınırlıdır.


Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi, üç kol yapısı, 30 dB'yi aşan bir kanat oranına sahip optik taşıyıcıları etkili bir şekilde baskılayabilir. Bu yapı, taşıyıcının tamamen bastırılmasını gerektirmez ve Kramer Kronig (KK) alıcıları gibi sinyalleri kurtarmak için taşıyıcı tonları gerektiren alıcılarda da kullanılabilir. Taşıyıcı, istenen taşıyıcı / yan bant oranını (CSR) elde etmek için merkezi bir kol fazı değiştirici yoluyla ayarlanabilir.
Avantajlar ve uygulamalar
Geleneksel Mach Zehnder modülatörleri ile karşılaştırıldığında (MZM modülatörleri) ve diğer silikon bazlı optoelektronik IQ modülatörleri, önerilen silikon IQ modülatörünün birden fazla avantajı vardır. Birincisi, büyük ölçüde kompakttır, IQ modülatörlerinden 10 kat daha küçüktür.Mach Zehnder modülatörleri(bağlanma pedleri hariç), böylece entegrasyon yoğunluğunu arttırır ve çip alanını azaltır. İkincisi, istiflenmiş elektrot tasarımı terminal dirençlerinin kullanılmasını gerektirmez, böylece cihaz kapasitansını ve enerjiyi bit başına azaltır. Üçüncüsü, taşıyıcı bastırma kapasitesi, iletim gücünün azalmasını en üst düzeye çıkarır ve enerji verimliliğini daha da artırır.
Ek olarak, Gesi EAM'ın optik bant genişliği çok geniştir (30 nanometreden fazla), bu da mikrodalga modülatörlerinin (MRMS) rezonansını stabilize etmek ve senkronize etmek için çok kanallı geri besleme kontrol devreleri ve işlemcilerin ihtiyacını ortadan kaldırır, böylece tasarımı basitleştirir.
Bu kompakt ve verimli IQ modülatörü, daha yüksek kapasite ve daha fazla enerji tasarruflu optik iletişim sağlayan yeni nesil, yüksek kanal sayısı ve veri merkezlerindeki küçük tutarlı alıcı-vericiler için oldukça uygundur.
Taşıyıcı bastırılmış silikon IQ modülatörü,% 20 SD-FEC koşullarının altında 150 GB/s'ye kadar veri iletim hızı ile mükemmel performans sergiler. Gesi EAM'a dayanan kompakt 3 kollu yapısı, ayak izi, enerji verimliliği ve tasarım sadeliği açısından önemli avantajlara sahiptir. Bu modülatör, optik taşıyıcıyı baskılama veya ayarlama yeteneğine sahiptir ve tutarlı algılama ve çok çizgi kompakt tutarlı alıcı -vericiler için Kramer Kronig (KK) algılama şemaları ile 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 gerçekleşmesini sağlar.


Gönderme Zamanı: 21 Ocak-2025