Za brzu koherentnu komunikaciju Kompaktni optoelektronski modulator temeljen na silicijumu

Kompaktni optoelektronski na bazi silicijaIQ modulatorZa koherentnu komunikaciju velike brzine
Sve veća potražnja za višim stopama prijenosa podataka i energetski učinkovitiji primopredajnici u podatkovnim centrima pokrenuli su razvoj kompaktnih visokih performansioptički modulatori. Optoelektronska tehnologija (SIFH) utemeljena na siliciju postala je obećavajuća platforma za integriranje različitih fotonskih komponenti u jedan čip, omogućujući kompaktna i ekonomična rješenja. Ovaj će članak istražiti novi nosač suzbijen silikonski IQ modulator na temelju GESI EAMS -a, koji može raditi na frekvenciji do 75 GBAUD -a.
Dizajn i karakteristike uređaja
Predloženi IQ modulator prihvaća kompaktnu strukturu tri ruke, kao što je prikazano na slici 1 (a). Sastoji se od tri gesi eam i tri termo optička fazna mjenjača, prihvaćajući simetričnu konfiguraciju. Ulazna svjetlost spojena je u čip kroz spojnica rešetke (GC) i ravnomjerno je podijeljena na tri staze kroz multimodni interferometar od 1 × 3 (MMI). Nakon prolaska kroz modulator i fazni mjenjač, ​​svjetlo se rekombinira za još 1 × 3 mmi, a zatim spojeno s vlaknima u jednom načinu (SSMF).


Slika 1: (a) mikroskopska slika IQ modulatora; (b) - (d) EO S21, spektar omjera izumiranja i prijenos jedne gesi eam; (e) shematski dijagram IQ modulatora i odgovarajuća optička faza faznog mijenjača; (f) Zastupljenost suzbijanja nosača na složenoj ravnini. Kao što je prikazano na slici 1 (b), Gesi Eam ima široku elektrooptičku širinu pojasa. Slika 1 (b) izmjerena je S21 parametar jedne GESI eam ispitne strukture pomoću 67 GHz optičkog analizatora komponente (LCA). Slike 1 (c) i 1 (d) prikazuju spektar statičkog omjera izumiranja (ER) pri različitim istosmjernim naponima i prijenos na valnoj duljini od 1555 nanometara.
Kao što je prikazano na slici 1 (e), glavna značajka ovog dizajna je mogućnost suzbijanja optičkih nosača podešavanjem integriranog faznog mijenjača u srednjoj ruci. Fazna razlika između gornjih i donjih krakova je π/2, koristi se za složeno podešavanje, dok je fazna razlika između srednjeg kraka -3 π/4. Ova konfiguracija omogućuje destruktivne smetnje nosaču, kao što je prikazano u složenoj ravnini slike 1 (f).
Eksperimentalno postavljanje i rezultati
Eksperimentalno postavljanje velike brzine prikazano je na slici 2 (a). Kao izvor signala koristi se proizvoljni generator valnog oblika (Keysight M8194A), a kao pokretači modulatora koriste se dva 60 GHz fazna pojačala (s integriranim pristranostima). Napon pristranosti GESI EAM je -2,5 V, a RF kabel koji odgovara fazi koristi se za minimiziranje neusklađenosti električne faze između I i Q kanala.
Slika 2: (a) Eksperimentalno postavljanje velike brzine, (b) suzbijanje nosača pri 70 GBAUD, (c) brzina pogreške i brzina podataka, (d) zviježđe na 70 GBAUD. Koristite komercijalni laser vanjske šupljine (ECL) s širinom linije od 100 kHz, valnom duljinom od 1555 nm i snagom od 12 dBM kao optičkog nosača. Nakon modulacije, optički signal se pojačava pomoćupojačalo vlaknastih vlakana dopiranog erbiju(EDFA) Za nadoknadu gubitaka spajanja i gubitaka umetanja modulatora.
Na kraju prijema, analizator optičkog spektra (OSA) nadzire signalni spektar i suzbijanje nosača, kao što je prikazano na slici 2 (b) za signal od 70 GBAUD. Upotrijebite dvostruku polarizacijsku koherentnu prijemnika za primanje signala, koji se sastoji od optičkog miksera od 90 stupnjeva i četiri40 GHz uravnoteženih fotodioda, i povezan je s osciloskopom u stvarnom vremenu od 33 GHz, 80 GSA/s (RTO) (Keysight DSOZ634A). Drugi ECL izvor s širinom linije od 100 kHz koristi se kao lokalni oscilator (LO). Zbog odašiljača koji radi u uvjetima jednostrukih polarizacije, za analogno-digitalnu pretvorbu (ADC) koriste se samo dva elektronička kanala. Podaci se bilježe na RTO -u i obrađuju se pomoću izvanmrežnog digitalnog procesora signala (DSP).
Kao što je prikazano na slici 2 (c), IQ modulator testiran je pomoću QPSK modulacijskog formata od 40 GBAUD do 75 GBAUD. Rezultati pokazuju da u skladu s uvjetima korekcije pogreške u napretku od 7% (HD-FEC), stopa može doseći 140 GB/s; Pod uvjetom 20% meke odluke za ispravljanje pogrešaka prema naprijed (SD-FEC), brzina može doseći 150 GB/s. Sazviježđa dijagram na 70 GBAUD prikazan je na slici 2 (d). Rezultat je ograničen širinom pojasa osciloskopa od 33 GHz, što je ekvivalentnoj širini signala od oko 66 GBAUD -a.


Kao što je prikazano na slici 2 (b), tri struktura ruke može učinkovito suzbiti optičke nosače s brzinom blankinga veće od 30 dB. Ova struktura ne zahtijeva potpuno suzbijanje nosača, a može se koristiti i u prijemnicima koji zahtijevaju tonove nosača za povrat signala, poput prijemnika Kramer Kronig (KK). Nosač se može prilagoditi kroz fazu središnjeg dijela ruke kako bi se postigao željeni omjer nosača na bočni pojas (CSR).
Prednosti i prijave
U usporedbi s tradicionalnim modulatorima Mach Zehnder (MZM modulatori) i ostali silikonski optoelektronski IQ modulatori, predloženi silicijski IQ modulator ima višestruke prednosti. Prvo, kompaktna je veličine, više od 10 puta manji od IQ modulatora na temeljuMach Zehnder modulatori(isključujući jastučiće za vezanje), povećavajući na taj način gustoću integracije i smanjujući površinu čipa. Drugo, dizajn složenih elektroda ne zahtijeva uporabu terminalnih otpornika, smanjujući na taj način kapacitet uređaja i energiju po bit. Treće, sposobnost suzbijanja nosača maksimizira smanjenje snage prijenosa, što dodatno poboljšava energetsku učinkovitost.
Pored toga, optička opsega GESI EAM-a vrlo je široka (preko 30 nanometara), eliminirajući potrebu da višekanalni kontrolni krugovi i procesori za povratne informacije stabiliziraju i sinkroniziraju rezonanciju mikrovalnih modulatora (MRM), čime se pojednostavljuje dizajn.
Ovaj kompaktni i učinkovit IQ modulator vrlo je pogodan za sljedeću generaciju, visoki broj kanala i mali koherentni primopredajnici u podatkovnim centrima, omogućujući veći kapacitet i energetski učinkovitiju optičku komunikaciju.
Nosač potisnut silicijski IQ modulator pokazuje izvrsne performanse, s brzinom prijenosa podataka do 150 GB/s u odnosu na 20% SD-FEC uvjeta. Njegova kompaktna struktura s 3 ruke koja se temelji na GESI EAM-u ima značajne prednosti u pogledu otisaka, energetske učinkovitosti i jednostavnosti dizajna. Ovaj modulator ima mogućnost suzbijanja ili podešavanja optičkog nosača i može se integrirati s koherentnim detekcijama i shemama otkrivanja Kramer Kronig (KK) za više linijske kompaktne koherentne primopredajne. Demonstrirana dostignuća pokreću realizaciju visoko integriranih i učinkovitih optičkih primopredajnika kako bi zadovoljile rastuću potražnju za komunikacijom podataka o velikom kapacitetu u podatkovnim centrima i drugim poljima.


Post vremena: siječnja-21-2025