Optoéléktronik basis silikon kompakModulator IQpikeun komunikasi anu koheren kalayan kecepatan tinggi
Ngaronjatna paménta pikeun laju transmisi data anu langkung luhur sareng transceiver anu langkung hemat énergi di pusat data parantos ngadorong kamekaran téknologi kinerja tinggi anu kompak.modulator optikTéhnologi optoéléktronik basis silikon (SiPh) parantos janten platform anu ngajangjikeun pikeun ngahijikeun rupa-rupa komponén fotonik kana hiji chip, anu ngamungkinkeun solusi anu kompak sareng hemat biaya. Artikel ieu bakal ngajalajah modulator IQ silikon anu dipareuman pamawa anyar dumasar kana GeSi EAM, anu tiasa beroperasi dina frékuénsi dugi ka 75 Gbaud.
Desain sareng ciri alat
Modulator IQ anu diusulkeun nganut struktur tilu leungeun anu kompak, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 1 (a). Diwangun ku tilu GeSi EAM sareng tilu thermo optical phase shifter, nganut konfigurasi simétris. Lampu input digandengkeun kana chip ngalangkungan grating coupler (GC) sareng dibagi rata kana tilu jalur ngalangkungan interferometer multimode 1 × 3 (MMI). Saatos ngalangkungan modulator sareng phase shifter, lampu digabungkeun deui ku 1 × 3 MMI anu sanés teras digandengkeun kana serat mode tunggal (SSMF).
Gambar 1: (a) Gambar mikroskopis modulator IQ; (b) – (d) EO S21, spéktrum babandingan pamusnahan, sareng transmitansi hiji GeSi EAM; (e) Diagram skematis modulator IQ sareng fase optik anu saluyu tina phase shifter; (f) Répréséntasi suprési pamawa dina bidang kompléks. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1 (b), GeSi EAM gaduh bandwidth éléktro-optik anu lega. Gambar 1 (b) ngukur parameter S21 tina struktur uji GeSi EAM tunggal nganggo penganalisis komponén optik (LCA) 67 GHz. Gambar 1 (c) sareng 1 (d) masing-masing ngagambarkeun spéktrum babandingan pamusnahan statis (ER) dina tegangan DC anu béda sareng transmisi dina panjang gelombang 1555 nanometer.
Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1 (e), fitur utama desain ieu nyaéta kamampuan pikeun ngurangan pamawa optik ku cara nyaluyukeun shifter fase terpadu dina panangan tengah. Béda fase antara panangan luhur sareng handap nyaéta π/2, dianggo pikeun tuning anu rumit, sedengkeun béda fase antara panangan tengah nyaéta -3 π/4. Konfigurasi ieu ngamungkinkeun gangguan anu ngancurkeun kana pamawa, sakumaha anu dipidangkeun dina bidang rumit Gambar 1 (f).
Setelan ékspériméntal sareng hasil
Setelan ékspériméntal kecepatan tinggi dipidangkeun dina Gambar 2 (a). Generator bentuk gelombang acak (Keysight M8194A) dianggo salaku sumber sinyal, sareng dua amplifier RF anu cocog fase 60 GHz (kalayan tee bias terintegrasi) dianggo salaku supir modulator. Tegangan bias GeSi EAM nyaéta -2,5 V, sareng kabel RF anu cocog fase dianggo pikeun ngaminimalkeun ketidakcocokan fase listrik antara saluran I sareng Q.
Gambar 2: (a) Setélan ékspérimén kecepatan tinggi, (b) Panyingkiran pamawa dina 70 Gbaud, (c) Laju kasalahan sareng laju data, (d) Konstelasi dina 70 Gbaud. Anggo laser rongga éksternal komérsial (ECL) kalayan linewidth 100 kHz, panjang gelombang 1555 nm, sareng kakuatan 12 dBm salaku pamawa optik. Saatos modulasi, sinyal optik dikuatkeun nganggoamplifier serat anu didoping erbium(EDFA) pikeun ngimbangan karugian kopling on-chip sareng karugian sisipan modulator.
Di sisi panarima, Optical Spectrum Analyzer (OSA) ngawaskeun spéktrum sinyal sareng panurunan pamawa, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2 (b) pikeun sinyal 70 Gbaud. Anggo panarima koheren polarisasi ganda pikeun nampi sinyal, anu diwangun ku mixer optik 90 derajat sareng opatFotodioda saimbang 40 GHz, sareng disambungkeun ka osiloskop waktos nyata (RTO) 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A). Sumber ECL kadua kalayan linewidth 100 kHz dianggo salaku osilator lokal (LO). Kusabab pemancar beroperasi dina kaayaan polarisasi tunggal, ngan dua saluran éléktronik anu dianggo pikeun konvérsi analog-ka-digital (ADC). Data dirékam dina RTO sareng diprosés nganggo prosesor sinyal digital offline (DSP).
Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 2 (c), modulator IQ diuji nganggo format modulasi QPSK ti 40 Gbaud dugi ka 75 Gbaud. Hasilna nunjukkeun yén dina kaayaan koreksi kasalahan maju kaputusan teuas 7% (HD-FEC), lajuna tiasa ngahontal 140 Gb/s; Dina kaayaan koreksi kasalahan maju kaputusan lemes 20% (SD-FEC), lajuna tiasa ngahontal 150 Gb/s. Diagram konstelasi dina 70 Gbaud dipidangkeun dina Gambar 2 (d). Hasilna diwatesan ku bandwidth osiloskop 33 GHz, anu sami sareng bandwidth sinyal sakitar 66 Gbaud.
Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 2 (b), struktur tilu panangan tiasa sacara efektif ngurangan pamawa optik kalayan laju blanking anu ngaleuwihan 30 dB. Struktur ieu henteu meryogikeun panurunan lengkep pamawa sareng ogé tiasa dianggo dina panarima anu meryogikeun nada pamawa pikeun mulangkeun sinyal, sapertos panarima Kramer Kronig (KK). Pamawa tiasa disaluyukeun ngalangkungan shifter fase panangan pusat pikeun ngahontal rasio pamawa ka pita sisi (CSR) anu dipikahoyong.
Kaunggulan sareng Aplikasi
Dibandingkeun sareng modulator Mach Zehnder tradisional (Modulator MZM) sareng modulator IQ optoelektronik berbasis silikon anu sanés, modulator IQ silikon anu diusulkeun ngagaduhan sababaraha kaunggulan. Anu kahiji, ukuranana kompak, langkung ti 10 kali langkung alit tibatan modulator IQ dumasar kanaModulator Mach Zehnder(teu kaasup bantalan beungkeut), sahingga ningkatkeun kapadetan integrasi sareng ngirangan area chip. Kadua, desain éléktroda anu ditumpuk henteu meryogikeun panggunaan resistor terminal, sahingga ngirangan kapasitansi alat sareng énergi per bit. Katilu, kamampuan suprési pamawa ngamaksimalkeun pangurangan daya transmisi, langkung ningkatkeun efisiensi énergi.
Salian ti éta, bandwidth optik GeSi EAM lega pisan (leuwih ti 30 nanometer), ngaleungitkeun kabutuhan sirkuit kontrol eupan balik multi-kanal sareng prosesor pikeun ngastabilkeun sareng nyingkronkeun résonansi modulator gelombang mikro (MRM), sahingga ngagampangkeun desainna.
Modulator IQ anu ringkes sareng efisien ieu cocog pisan pikeun generasi salajengna, jumlah saluran anu luhur, sareng transceiver koheren leutik di pusat data, anu ngamungkinkeun kapasitas anu langkung luhur sareng komunikasi optik anu langkung hemat énergi.
Modulator IQ silikon anu dipareuman pamawa nunjukkeun kinerja anu saé pisan, kalayan laju transmisi data dugi ka 150 Gb/s dina kaayaan SD-FEC 20%. Struktur 3-leungeun anu kompak dumasar kana GeSi EAM ngagaduhan kaunggulan anu signifikan dina hal tapak suku, efisiensi énergi, sareng kesederhanaan desain. Modulator ieu ngagaduhan kamampuan pikeun ngurangan atanapi nyaluyukeun pamawa optik sareng tiasa diintegrasikeun sareng skéma deteksi koheren sareng deteksi Kramer Kronig (KK) pikeun transceiver koheren kompak multi jalur. Prestasi anu dipidangkeun ngadorong réalisasi transceiver optik anu terintegrasi sareng efisien pikeun minuhan paménta anu ningkat pikeun komunikasi data kapasitas tinggi di pusat data sareng widang sanésna.
Waktos posting: 21-Jan-2025