Kompaktný optoelektronický kremíkIQ Modulátorpre vysokorýchlostnú koherentnú komunikáciu
Zvyšujúci sa dopyt po vyšších mierach prenosu údajov a energeticky efektívnejších vysielačov v dátových centrách spôsobil vývoj kompaktných vysokokvalitnýchoptické modulátory. Optoelektronická technológia založená na kremíku (SIPH) sa stala sľubnou platformou na integráciu rôznych fotonických komponentov do jedného čipu, čo umožňuje kompaktné a nákladovo efektívne riešenia. Tento článok preskúma nového nosiča potlačeného modulátora kremíka IQ založeného na Gesi Eams, ktorý môže fungovať pri frekvencii až 75 GBAud.
Návrh a charakteristiky zariadenia
Navrhovaný modulátor IQ prijíma kompaktnú štruktúru troch ARM, ako je znázornené na obrázku 1 (a). Zložené z troch Gesi EAM a troch termom optických fázových radičov, ktoré prijímajú symetrickú konfiguráciu. Vstupné svetlo je spojené s čipom cez mriežkový spojovač (GC) a rovnomerne rozdelené do troch ciest cez multimódový interferometer 1 x 3 (MMI). Po prejdení modulátorom a fázovým radičom sa svetlo rekombinuje ďalším 1 x 3 mmi a potom je spojená s jedným režimovým vláknom (SSMF).
Obrázok 1: a) mikroskopický obraz modulátora IQ; (B) - (d) EO S21, spektrum pomeru extinkcie a priepustnosť jedného Gesi EAM; (E) schematický diagram modulátora IQ a zodpovedajúca optická fáza fázového radiča; f) Reprezentácia potlačenia nosiča v komplexnej rovine. Ako je znázornené na obrázku 1 (b), Gesi EAM má širokú elektrooptickú šírku pásma. Obrázok 1 (b) meral parameter S21 jednej testovacej štruktúry GESI EAM s použitím analyzátora optických komponentov 67 GHz (LCA). Obrázky 1 (c) a 1 (d) zobrazujú statický extinkčný pomer (ER) spektrá pri rôznych jednosmerných napätí a prenos pri vlnovej dĺžke 1555 nanometrov.
Ako je znázornené na obrázku 1 (e), hlavnou črtou tohto návrhu je schopnosť potlačiť optické nosiče úpravou integrovaného fázového radiča v strednom ramene. Fázový rozdiel medzi hornými a dolnými ramenami je π/2, použitý na komplexné ladenie, zatiaľ čo fázový rozdiel medzi stredným ramenom je -3 π/4. Táto konfigurácia umožňuje deštruktívne rušenie do nosiča, ako je znázornené v komplexnej rovine na obrázku 1 (f).
Experimentálne nastavenie a výsledky
Vysokorýchlostné experimentálne nastavenie je znázornené na obrázku 2 (a). Ako zdroj signálu sa používa ľubovoľný generátor tvaru vlny (Keysight M8194A) a ako modulátorové ovládače sa používajú dva fázové zosilňovače zhodné s fázou 60 GHz (s integrovaným skreslením). Predpätie napätia GESI EAM je -2,5 V a na minimalizáciu nesúladu elektrickej fázy medzi kanálmi I a Q.
Obrázok 2: (a) Experimentálne nastavenie vysokorýchlostných, b) potlačenie nosiča pri 70 GBAud, (c) miera chybovosti a rýchlosť dát, d) konštelácie pri 70 GBAud. Použite komerčný externý dutinový laser (ECL) s šírkou lineárne 100 kHz, vlnovou dĺžkou 1555 nm a výkonom 12 dBm ako optického nosiča. Po modulácii sa optický signál amplifikuje pomocouZosilňovač vlákien dotovaného Erbium(EDFA) Na kompenzáciu strát na prepojení a stratách vkladania modulátorov.
Na konci prijímacieho konca monitoruje optické spektrum analyzátora (OSA) signálne spektrum a potlačenie nosiča, ako je znázornené na obrázku 2 (b) pre signál 70 GBAud. Na prijímanie signálov použite dvojitý polarizačný koherentný prijímač, ktorý pozostáva z 90 -stupňového optického mixéra a štyroch40 GHz vyvážené fotodiódya je spojený s 33 GHz, 80 GSA/S osciloskop v reálnom čase (RTO) (Keysight DSOZ634A). Druhý zdroj ECL s šírkou riadku 100 kHz sa používa ako lokálny oscilátor (LO). V dôsledku toho, že vysielač pracuje za podmienok jednej polarizácie, sa na analógovo-digitálnu konverziu používajú iba dva elektronické kanály (ADC). Dáta sa zaznamenávajú na RTO a spracúvajú sa pomocou procesora digitálneho signálu offline (DSP).
Ako je znázornené na obrázku 2 (c), modulátor IQ bol testovaný pomocou modulačného formátu QPSK od 40 GBAud do 75 GBAUD. Výsledky naznačujú, že pri podmienkach korekcie chýb v 7% tvrdých rozhodnutiach (HD-FEC) môže miera dosiahnuť 140 GB/s; V podmienkach 20% korekcie chýb vpred mäkkého rozhodnutia (SD-FEC) môže rýchlosť dosiahnuť 150 GB/s. Constellation Diagram pri 70 GBAud je znázornený na obrázku 2 (d). Výsledok je obmedzený šírkou pásma osciloskopu 33 GHz, čo je ekvivalentné šírke pásma signálu približne 66 GBAud.
Ako je znázornené na obrázku 2 (b), štruktúra troch ARM môže účinne potláčať optické nosiče s rýchlosťou zapojenia presahujúcou 30 dB. Táto štruktúra nevyžaduje úplné potlačenie nosiča a môže sa tiež použiť v prijímačoch, ktoré vyžadujú tóny nosiča na obnovenie signálov, ako sú prijímače Kramer Kronig (KK). Nosič je možné nastaviť pomocou stredného radiča fázy ramena, aby sa dosiahol požadovaný pomer nosiča k bočnému pásmu (CSR).
Výhody a aplikácie
V porovnaní s tradičnými modulátormi Mach Zehnder (Modulátory MZM) a ďalšie optoelektronické modulátory IQ založené na kremíku, navrhovaný modulátor kremíka IQ má viac výhod. Po prvé, je kompaktná veľkosť, viac ako 10 -krát menšia ako modulátory IQ na základeMACH ZEHNDER modulátory(s výnimkou lepiacich podložiek), čím sa zvyšuje hustota integrácie a znižuje plochu čipu. Po druhé, návrh naskladanej elektród nevyžaduje použitie terminálových odporov, čím sa znižuje kapacita zariadenia a energia na bit. Po tretie, schopnosť potlačenia nosiča maximalizuje zníženie prenosového výkonu, čím sa ďalej zvyšuje energetická účinnosť.
Okrem toho je optická šírka pásma Gesi EAM veľmi široká (viac ako 30 nanometrov), čo eliminuje potrebu viackanálových kontrolných obvodov a procesorov spätnej väzby na stabilizáciu a synchronizáciu rezonancie mikrovlnných modulátorov (MRM), čím sa zjednodušuje návrh.
Tento kompaktný a efektívny modulátor IQ je vysoko vhodný pre novú generáciu, vysoký počet kanálov a malé koherentné vysielač v dátových centrách, čo umožňuje vyššiu kapacitu a energeticky efektívnejšiu optickú komunikáciu.
Nosič potlačený modulátor kremíka IQ vykazuje vynikajúci výkon, s rýchlosťou prenosu údajov do 150 GB/s za 20% podmienok SD-FEC. Jeho kompaktná štruktúra 3 ramena založená na Gesi EAM má významné výhody, pokiaľ ide o stopu, energetickú účinnosť a jednoduchosť dizajnu. Tento modulátor má schopnosť potlačiť alebo upravovať optický nosič a môže byť integrovaný s koherentnou detekciou a detekčné schémy Kramer Kronig (KK) pre viac líniové kompaktné koherentné transceivery. Preukázané úspechy vedú k realizácii vysoko integrovaných a efektívnych optických vysielateľov, aby uspokojili rastúci dopyt po vysokej kapacitnej dátovej komunikácii v dátových centrách a iných oblastiach.
Čas príspevku: január-21-2025