optoeléktronik dumasar silikon kompakIQ modulatorpikeun komunikasi koheren-speed tinggi
Ngaronjatna paménta pikeun tingkat pangiriman data anu langkung luhur sareng transceiver langkung hémat énergi di pusat data parantos nyababkeun pangembangan kompak kinerja tinggi.modulators optik. Téknologi optoeléktronik dumasar silikon (SiPh) parantos janten platform anu ngajangjikeun pikeun ngahijikeun rupa-rupa komponén fotonik kana hiji chip, ngamungkinkeun solusi anu kompak sareng biaya-éféktif. Tulisan ieu bakal ngajalajah pamawa novél modulator IQ silikon anu diteken dumasar kana GeSi EAMs, anu tiasa beroperasi dina frékuénsi dugi ka 75 Gbaud.
Desain alat jeung ciri
Modulator IQ anu diusulkeun ngadopsi struktur tilu panangan anu kompak, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 1 (a). Diwangun ku tilu GeSi EAM sareng tilu shifter fase optik termo, nganut konfigurasi simetris. Lampu input gandeng kana chip ngaliwatan coupler grating (GC) jeung merata dibagi kana tilu jalur ngaliwatan 1 × 3 multimode interferometer (MMI). Sanggeus ngaliwatan modulator jeung shifter fase, lampu ieu recombined ku sejen 1 × 3 MMI lajeng gandeng kana serat single-mode (SSMF).
Gambar 1: (a) Gambar mikroskopis modulator IQ; (b) - (d) EO S21, spéktrum rasio punah, sareng transmitansi hiji GeSi EAM; (e) diagram skéma tina modulator IQ jeung fase optik pakait fase shifter; (f) Répréséntasi suprési carrier dina pesawat kompléks. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 1 (b), GeSi EAM ngabogaan rubakpita elektro-optik lega. Angka 1 (b) ngukur parameter S21 tina struktur uji GeSi EAM tunggal nganggo 67 GHz optical component analyzer (LCA). Angka 1 (c) sareng 1 (d) masing-masing ngagambarkeun spéktra rasio punah statik (ER) dina voltase DC anu béda sareng transmisi dina panjang gelombang 1555 nanométer.
Ditémbongkeun saperti dina Gambar 1 (e), fitur utama desain ieu kamampuhan pikeun ngurangan operator optik ku nyaluyukeun shifter fase terpadu dina panangan tengah. Beda fase antara panangan luhur jeung handap nyaéta π/2, dipaké pikeun tuning kompléks, sedengkeun bédana fase antara panangan tengah nyaéta -3 π/4. Konfigurasi ieu ngamungkinkeun pikeun gangguan destructive ka pamawa, ditémbongkeun saperti dina pesawat kompléks Gambar 1 (f).
Setélan ékspérimén sareng hasil
Setélan ékspérimén-speed tinggi dipidangkeun dina Gambar 2 (a). Generator gelombang sawenang (Keysight M8194A) dianggo salaku sumber sinyal, sareng dua amplifier RF fase 60 GHz anu cocog (kalayan tees bias terpadu) dianggo salaku supir modulator. Tegangan bias GeSi EAM nyaéta -2.5 V, sareng kabel RF anu cocog sareng fase dianggo pikeun ngaminimalkeun mismatch fase listrik antara saluran I sareng Q.
Gambar 2: (a) Setélan ékspérimén laju luhur, (b) Suprési pembawa dina 70 Gbaud, (c) Laju kasalahan sareng laju data, (d) Rasi dina 70 Gbaud. Anggo laser rongga éksternal komérsial (ECL) kalayan lebar garis 100 kHz, panjang gelombang 1555 nm, sareng kakuatan 12 dBm salaku pamawa optik. Sanggeus modulasi, sinyal optik diamplifikasi ngagunakeun hijiamplifier serat erbium-doped(EDFA) pikeun ngimbangan karugian gandeng on-chip jeung karugian sisipan modulator.
Dina tungtung panarima, hiji Optical Spectrum Analyzer (OSA) monitor spéktrum sinyal jeung suprési carrier, ditémbongkeun saperti dina Gambar 2 (b) pikeun sinyal 70 Gbaud. Anggo panarima koheren polarisasi ganda pikeun nampi sinyal, anu diwangun ku mixer optik 90 derajat sareng opat40 GHz photodiodes saimbang, tur disambungkeun ka 33 GHz, 80 GSa / s real-time oscilloscope (RTO) (Keysight DSOZ634A). Sumber ECL kadua kalayan lebar garis 100 kHz dianggo salaku osilator lokal (LO). Kusabab pamancar beroperasi dina kaayaan polarisasi tunggal, ngan ukur dua saluran éléktronik anu dianggo pikeun konversi analog-to-digital (ADC). Data kacatet dina RTO sareng diolah nganggo prosesor sinyal digital offline (DSP).
Ditémbongkeun saperti dina Gambar 2 (c), modulator IQ diuji ngagunakeun format modulasi QPSK tina 40 Gbaud ka 75 Gbaud. Hasilna nunjukkeun yén dina kaayaan koréksi kasalahan (HD-FEC) kaputusan teuas 7%, laju bisa ngahontal 140 Gb / s; Dina kaayaan 20% soft decision forward error correction (SD-FEC), lajuna tiasa ngahontal 150 Gb/s. Diagram konstelasi dina 70 Gbaud dipidangkeun dina Gambar 2 (d). Hasilna diwatesan ku rubakpita osiloskop 33 GHz, anu sarua jeung rubakpita sinyal kira-kira 66 Gbaud.
Ditémbongkeun saperti dina Gambar 2 (b), struktur tilu leungeun bisa éféktif ngurangan operator optik kalayan laju blanking ngaleuwihan 30 dB. Struktur ieu teu merlukeun suprési lengkep pamawa sarta ogé bisa dipaké dina panarima nu merlukeun nada carrier pikeun cageur sinyal, kayaning Kramer Kronig (KK) panarima. Pamawa bisa disaluyukeun ngaliwatan shifter fase panangan sentral pikeun ngahontal pamawa dipikahoyong pikeun rasio sideband (CSR).
Kaunggulan jeung Aplikasi
Dibandingkeun sareng modulator Mach Zehnder tradisional (modulators MZM) sareng modulator IQ optoeléktronik dumasar silikon sanés, modulator IQ silikon anu diusulkeun gaduh sababaraha kaunggulan. Firstly, éta kompak dina ukuran, leuwih ti 10 kali leuwih leutik batan modulators IQ dumasar kanamodulators Mach Zehnder(kaasup hampang beungkeutan), sahingga ngaronjatkeun dénsitas integrasi jeung ngurangan aréa chip. Bréh, desain éléktroda tumpuk teu merlukeun pamakéan resistors terminal, kukituna ngurangan kapasitansi alat jeung énergi per bit. Katilu, kamampuan suprési pamawa ngamaksimalkeun pangurangan kakuatan transmisi, teras ningkatkeun efisiensi énergi.
Salaku tambahan, bandwidth optik GeSi EAM lega pisan (leuwih 30 nanometer), ngaleungitkeun kabutuhan sirkuit kontrol eupan balik multi-kanal sareng prosesor pikeun nyaimbangkeun sareng nyinkronkeun résonansi modulator gelombang mikro (MRM), ku kituna nyederhanakeun desain.
Modulator IQ anu kompak sareng efisien ieu cocog pisan pikeun generasi saterusna, jumlah saluran anu luhur, sareng transceiver koheren leutik di pusat data, ngamungkinkeun kapasitas anu langkung ageung sareng komunikasi optik anu langkung hémat énergi.
Pamawa anu ditekenan modulator IQ silikon nunjukkeun prestasi anu saé, kalayan laju pangiriman data dugi ka 150 Gb/s dina kaayaan 20% SD-FEC. Struktur panangan 3 anu kompak dumasar kana GeSi EAM gaduh kaunggulan anu signifikan dina hal tapak suku, efisiensi énergi, sareng kesederhanaan desain. Modulator ieu miboga kamampuh pikeun ngurangan atawa nyaluyukeun pamawa optik sarta bisa terpadu kalayan deteksi koheren jeung Kramer Kronig (KK) skéma deteksi pikeun multi-garis kompak transceiver koheren. Prestasi anu ditunjukkeun nyababkeun realisasi transceiver optik anu terintegrasi sareng éfisién pikeun nyumponan paménta pikeun komunikasi data kapasitas tinggi di pusat data sareng widang anu sanés.
waktos pos: Jan-21-2025