Компактний оптоелектронне на основі кремніюМодулятор IQДля високошвидкісного узгодженого спілкування
Зростаючий попит на більш високу швидкість передачі даних та більш енергоефективні приймачі в центрах обробки даних сприяли розвитку компактної високої ефективностіОптичні модулятори. Оптоелектронна технологія, заснована на кремнію (SIPH), стала перспективною платформою для інтеграції різних фотонних компонентів на єдиний мікросхема, що дозволяє компактувати та економічно ефективні рішення. Ця стаття вивчить новий носій, що пригнічував модулятор IQ кремнію на основі Gesi EAMS, який може працювати з частотою до 75 GBAUD.
Конструкція та характеристики пристроїв
Запропонований модулятор IQ приймає компактну три структуру руки, як показано на малюнку 1 (а). Складається з трьох гесі та трьох термоптичних фаз, що приймають симетричну конфігурацію. Вхідне світло поєднується з мікросхемою через решітку (GC) і рівномірно розділений на три шляхи через багатомодовий інтерферометр 1 × 3 (MMI). Після проходження через модулятор і фазовий перемикач, світло рекомбінується ще одним 1 × 3 мМ, а потім з'єднане з волокном одномодового (SSMF).
Малюнок 1: (a) Мікроскопічне зображення модулятора IQ; (b) - (d) EO S21, спектр коефіцієнта вимирання та пропуск одного Gesi EAM; (e) Схематична схема модулятора IQ та відповідна оптична фаза фазового перемикача; (f) Представлення придушення носія на складній площині. Як показано на малюнку 1 (b), Gesi EAM має широку електроптичну пропускну здатність. Малюнок 1 (b) вимірював параметр S21 однієї структури тесту GESI EAM, використовуючи аналізатор оптичних компонентів 67 ГГц (LCA). Фігури 1 (c) та 1 (d) відповідно зображують спектри статичного вимирання (ER) при різних напругах постійного струму та передачі на довжині хвилі 1555 нанометрів.
Як показано на малюнку 1 (e), основною особливістю цієї конструкції є можливість придушити оптичні носії шляхом регулювання інтегрованого фазового перемикача в середній руці. Різниця фаз між верхньою та нижньою руками становить π/2, що використовується для складної настройки, тоді як різниця фаз між середньою рукою становить -3 π/4. Ця конфігурація дозволяє руйнувати перешкоди на носій, як показано на складній площині фігури 1 (f).
Експериментальна установка та результати
Високошвидкісна експериментальна установка показана на малюнку 2 (а). Довільний генератор форми хвиль (клавіша M8194A) використовується як джерело сигналу, а два підсилювачі RF, що відповідають фазі 60 ГГц (з інтегрованими TEES зміщенням), використовуються як драйвери модулятора. Напруга зміщення GESI EAM становить -2,5 В, а фазовий кабель, що відповідає фазі, використовується для мінімізації невідповідності електричної фази між каналами I та Q.
Малюнок 2: (a) Високошвидкісна експериментальна установка, (b) придушення носія при 70 гбо, (c) швидкість помилок та швидкість передачі даних, (d) сузір'я при 70 га. Використовуйте комерційний зовнішній лазер порожнини (ECL) з шириною лінійки 100 кГц, довжиною хвилі 1555 нм та потужністю 12 дБм як оптичним носієм. Після модуляції оптичний сигнал посилюється за допомогоюпідсилювач волокон, легованого ERBIUM(EDFA) для компенсації збитків на мікросхемі та втратах модулятора.
У кінці прийому оптичний спектр -аналізатор (OSA) відстежує спектр сигналу та придушення носія, як показано на малюнку 2 (b) для сигналу 70 Gbaud. Використовуйте когерентний приймач подвійної поляризації для отримання сигналів, що складається з оптичного змішувача 90 градусів та чотирьох40 ГГц збалансовані фотодіоди, і підключений до 33 ГГц, 80 GSA/S осцилографа в режимі реального часу (RTO) (Keysight DSOZ634A). Другий джерело ECL з шириною лінії 100 кГц використовується як локальний осцилятор (LO). Завдяки передавача, що працює в одиночних умовах поляризації, для аналого-цифрової конверсії використовуються лише два електронні канали (АЦП). Дані записуються на RTO та обробляються за допомогою офлайн -процесора цифрового сигналу (DSP).
Як показано на малюнку 2 (с), модулятор IQ тестували за допомогою формату модуляції QPSK з 40 GBAUD до 75 GBAUD. Результати вказують на те, що в умовах виправлення помилок помилок уперед (HD-FEC), що знаходяться в умовах 7% (HD-FEC), швидкість може досягати 140 ГБ/с; За умови 20% м'якого рішення вперед виправлення помилок (SD-FEC) швидкість може досягти 150 ГБ/с. Діаграма сузір'я на 70 GBAUD показана на малюнку 2 (d). Результат обмежений пропускною здатністю осцилоскопу 33 ГГц, що еквівалентно пропускній здатності сигналу приблизно 66 ГБАД.
Як показано на малюнку 2 (b), три структури руки можуть ефективно пригнічувати оптичні носії зі швидкістю прокладки, що перевищує 30 дБ. Ця структура не потребує повного придушення носія, а також може використовуватися в приймачах, які вимагають, щоб тони носія для відновлення сигналів, такі як приймачі Kramer Kronig (KK). Носія може бути відрегульований через центральний перемикач фази для досягнення потрібного співвідношення бічної смуги (КСВ).
Переваги та програми
Порівняно з традиційними модуляторами Mach Zehnder (Модулятори MZM) та інші оптоелектронні модулятори IQ на основі кремнію, запропонований модулятор IQ Silicon IQ має кілька переваг. По -перше, він компактний за розміром, більш ніж у 10 разів менше, ніж модулятори IQМодулятори Mach Zehnder(виключаючи накладки для склеювання), тим самим збільшуючи щільність інтеграції та зменшуючи площу мікросхеми. По -друге, конструкція складеного електрода не потребує використання клемних резисторів, тим самим зменшуючи ємність пристрою та енергію на біт. По -третє, можливість придушення носія максимізує зниження потужності передачі, що ще більше підвищує енергоефективність.
Крім того, оптична пропускна здатність Gesi EAM дуже широка (понад 30 нанометрів), усуваючи необхідність багатоканальних схем та переробників контролю зворотного зв'язку для стабілізації та синхронізації резонансу мікрохвильових модуляторів (MRM), тим самим спрощуючи конструкцію.
Цей компактний та ефективний модулятор IQ дуже підходить для наступного покоління, високої кількості каналів та невеликих когерентних приймачів у центрах обробки даних, що забезпечує більш високу потужність та більш енергоефективну оптичну комунікацію.
Модулятор IQ SILICON, що пригнічував кремнію, демонструє відмінні показники, зі швидкістю передачі даних до 150 ГБ/с у умовах SD-FEC. Його компактна структура 3-руки, заснована на GESI EAM, має значні переваги з точки зору сліду, енергоефективності та простоти проектування. Цей модулятор має можливість придушити або регулювати оптичний носій і може бути інтегрований із когерентним виявленням та схемами виявлення Kramer Kronig (KK) для компактних когерентних приймачів. Продемонстровані досягнення сприяють реалізації високо інтегрованих та ефективних оптичних приймачів для задоволення зростаючого попиту на комунікацію даних з високою ємністю в центрах обробки даних та інших галузях.
Час посади: 21-2025 січня