Kompakt silikon tabanlı optoelektronikIQ modülatörüyüksek hızlı tutarlı iletişim için
Veri merkezlerinde daha yüksek veri iletim hızlarına ve daha enerji verimli alıcı-vericilere yönelik artan talep, kompakt yüksek performanslı cihazların geliştirilmesini sağlamıştır.optik modülatörlerSilikon tabanlı optoelektronik teknolojisi (SiPh), çeşitli fotonik bileşenleri tek bir çipe entegre etmek için umut vadeden bir platform haline gelerek kompakt ve uygun maliyetli çözümler sunmaktadır. Bu makalede, 75 Gbaud'a kadar frekansta çalışabilen GeSi EAM'lere dayalı yeni bir taşıyıcı bastırmalı silikon IQ modülatörü incelenecektir.
Cihaz tasarımı ve özellikleri
Önerilen IQ modülatörü, Şekil 1 (a)'da gösterildiği gibi kompakt üç kollu bir yapıya sahiptir. Üç GeSi EAM ve üç termo-optik faz kaydırıcıdan oluşan modül, simetrik bir yapıya sahiptir. Giriş ışığı, bir kafes kuplör (GC) aracılığıyla çipe bağlanır ve 1x3 çok modlu bir interferometre (MMI) aracılığıyla eşit olarak üç yola bölünür. Modülatör ve faz kaydırıcıdan geçtikten sonra, ışık başka bir 1x3 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 parametresini ölçmüştür. Şekil 1 (c) ve Şekil 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 bastırabilme yeteneğidir. Üst ve alt kollar arasındaki faz farkı, karmaşık ayarlama için kullanılan π/2 iken, orta kol arasındaki faz farkı -3 π/4'tür. Bu konfigürasyon, Şekil 1 (f)'deki karmaşık düzlemde gösterildiği gibi, taşıyıcıya yıkıcı girişim uygulanmasına olanak tanır.
Deneysel kurulum ve sonuçlar
Yüksek hızlı deneysel kurulum Şekil 2 (a)'da gösterilmiştir. Sinyal kaynağı olarak rastgele bir dalga formu üreteci (Keysight M8194A) ve modülatör sürücü olarak iki adet 60 GHz faz uyumlu RF amplifikatörü (entegre önyargı T'leri ile) kullanılmıştır. GeSi EAM'nin önyargı voltajı -2,5 V'tur ve I ve Q kanalları arasındaki elektriksel faz uyumsuzluğunu en aza indirmek için faz uyumlu bir RF kablosu kullanılmıştır.
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 harici 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 tarafta, Şekil 2 (b)'de gösterildiği gibi, bir Optik Spektrum Analizörü (OSA), 70 Gbaud'luk bir sinyal için sinyal spektrumunu ve taşıyıcı bastırmayı izler. Sinyalleri almak için, 90 derecelik bir optik karıştırıcı ve dört adet çift polarizasyonlu tutarlı alıcı kullanın.40 GHz dengeli fotodiyotlar, 33 GHz, 80 GSa/s gerçek zamanlı bir osiloskopa (RTO) (Keysight DSOZ634A) bağlıdır. 100 kHz hat genişliğine sahip ikinci ECL kaynağı, yerel osilatör (LO) olarak kullanılır. Verici tek polarizasyon koşullarında çalıştığı için, analog-dijital 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 edilmiştir. Sonuçlar, %7 sabit ileri karar hatası düzeltme (HD-FEC) koşulları altında hızın 140 Gb/sn'ye; %20 yumuşak ileri karar hatası düzeltme (SD-FEC) koşulları altında ise hızın 150 Gb/sn'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 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.
Avantajları ve Uygulamaları
Geleneksel Mach Zehnder modülatörleriyle karşılaştırıldığında (MZM modülatörleri) ve diğer silikon tabanlı optoelektronik IQ modülatörleri ile karşılaştırıldığında, önerilen silikon IQ modülatörünün birçok avantajı vardır. İlk olarak, kompakt boyuttadır ve silikon tabanlı IQ modülatörlerinden 10 kat daha küçüktür.Mach Zehnder modülatörleri(bağlama pedleri hariç), böylece entegrasyon yoğunluğu artar ve çip alanı küçülür. İkinci olarak, yığılmış elektrot tasarımı terminal dirençlerinin kullanımını gerektirmez, böylece cihaz kapasitansı ve bit başına enerji azalır. Üçüncü olarak, taşıyıcı bastırma özelliği iletim gücündeki azalmayı en üst düzeye çıkararak enerji verimliliğini daha da artırır.
Ayrıca GeSi EAM'nin optik bant genişliği oldukça geniştir (30 nanometrenin üzerinde), bu sayede mikrodalga modülatörlerinin (MRM'ler) rezonansını stabilize etmek 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 bastırmalı silikon IQ modülatörü, %20 SD-FEC koşullarında 150 Gb/sn'ye varan veri iletim hızıyla mükemmel performans sergiliyor. GeSi EAM tabanlı kompakt 3 kollu yapısı, kapladığı alan, enerji verimliliği ve tasarım kolaylığı açısından önemli avantajlara sahip. Bu modülatör, optik taşıyıcıyı bastırma veya ayarlama özelliğine sahip ve çok hatlı kompakt tutarlı alıcı-vericiler için tutarlı algılama ve Kramer Kronig (KK) algılama şemalarıyla entegre edilebiliyor. Kanıtlanan başarılar, veri merkezleri ve diğer alanlarda yüksek kapasiteli veri iletişimine yönelik artan talebi karşılamak için son derece entegre ve verimli optik alıcı-vericilerin geliştirilmesini teşvik ediyor.
Gönderi zamanı: 21 Ocak 2025