Optoelektroniczne opcie na bazie krzemoweModulator IQdo szybkiej spójnej komunikacji
Rosnące zapotrzebowanie na wyższe szybkości transmisji danych i bardziej energooszczędne nadajniki w centrach danych spowodowało rozwój kompaktowej wysokiej wydajnościmodulatory optyczne. Technologia optoelektroniczna oparta na krzemion (SIPH) stała się obiecującą platformą do integracji różnych komponentów fotonicznych z pojedynczym układem, umożliwiając kompaktowe i opłacalne rozwiązania. W tym artykule zbadano nowatorski nośnik stłumiony modulator krzemowy IQ na podstawie GESI EAM, który może działać z częstotliwością do 75 GBAU.
Projektowanie i charakterystyka urządzenia
Proponowany modulator IQ przyjmuje kompaktową strukturę trzech ram ramienia, jak pokazano na rysunku 1 (a). Złożone z trzech GESI EAM i trzech zmian w fazie optycznej Thermo, przyjmując symetryczną konfigurację. Światło wejściowe jest sprzężone z układem przez łącznik siatkowy (GC) i równomiernie podzielony na trzy ścieżki przez interferometr multimodowy 1 × 3 (MMI). Po przejściu przez modulator i zmianę fazową światło jest rekombinowane przez kolejne 1 × 3 mMI, a następnie sprzężone z włóknem jednomodowym (SSMF).
Rysunek 1: (a) obraz mikroskopowy modulatora IQ; (B) - (D) EO S21, spektrum współczynnika ekstynkcji i przekazanie pojedynczego Gesi Eam; (e) schematyczny schemat modulatora IQ i odpowiadającej fazie optycznej zmiany zmiany biegów; (f) Reprezentacja tłumienia nośnika na złożonej płaszczyźnie. Jak pokazano na rycinie 1 (b), GESI EAM ma szeroką przepustowość elektrooptyczną. Rysunek 1 (b) zmierzył parametr S21 pojedynczej struktury testowej GESI EAM za pomocą analizatora komponentów optycznych 67 GHz (LCA). Ryciny 1 (c) i 1 (d) odpowiednio przedstawiają widma statycznego współczynnika ekstynkcji (ER) przy różnych napięciach DC i transmisji przy długości fali 1555 nanometrów.
Jak pokazano na rycinie 1 (e), główną cechą tego projektu jest możliwość tłumienia nośników optycznych poprzez dostosowanie zintegrowanej zmiany zmiany biegów w środkowym ramieniu. Różnica faz między górnymi i dolnymi ramionami wynosi π/2, stosowana do złożonego strojenia, podczas gdy różnica fazowa między środkowym ramieniem wynosi -3 π/4. Ta konfiguracja pozwala na niszczycielską interferencję nośnika, jak pokazano w złożonej płaszczyźnie na rycinie 1 (f).
Konfiguracja eksperymentalna i wyniki
Szybka konfiguracja eksperymentalna pokazano na ryc. 2 (a). Jako źródło sygnału stosuje się dowolny generator fali (Keysight M8194A), a dwa wzmacniacze RF dopasowane do fazy 60 GHz (ze zintegrowanymi tee odchylenia) są używane jako sterowniki modulatora. Napięcie stronniczości GESI EAM wynosi -2,5 V, a kabel RF dopasowany do fazy jest używany do zminimalizowania niedopasowania fazy elektrycznej między kanałami I i Q.
Ryc. 2: (a) Konfiguracja eksperymentalna o dużej prędkości, (b) Supresja nośnika przy 70 Gbaud, (c) Wskaźnik błędu i szybkość danych, (d) konstelacja przy 70 GBAUD. Użyj komercyjnego zewnętrznego lasera wnęki (ECL) o szerokości linii 100 kHz, długości fali 1555 nm i mocy 12 dBM jako nośnika optycznego. Po modulacji sygnał optyczny jest wzmacniany za pomocąWzmacniacz włókien domieszkowanych ERB(EDFA) Aby zrekompensować straty sprzęgania na chipie i straty wstawienia modulatora.
Na końcu odbiorczym analizator widma optycznego (OSA) monitoruje widmo sygnału i supresję nośną, jak pokazano na ryc. 2 (b) dla sygnału 70 GBUAD. Użyj podwójnego spójnego odbiornika do odbierania sygnałów, który składa się z miksera optycznego o 90 stopni i czterech40 GHz zrównoważone fotodiodyi jest połączony z oscyloskopem w czasie rzeczywistym 38 GHz, 80 GSA/S (RTO) (Keysight DSoz634a). Drugie źródło ECL o szerokości linii 100 kHz jest używane jako lokalny oscylator (LO). Ze względu na nadajnik działający w pojedynczych warunkach polaryzacji stosuje się tylko dwa kanały elektroniczne do konwersji analogowo-cyfrowej (ADC). Dane są rejestrowane na RTO i przetwarzane przy użyciu cyfrowego procesora sygnału offline (DSP).
Jak pokazano na ryc. 2 (c), modulator IQ został przetestowany przy użyciu formatu modulacji QPSK z 40 Gbaud do 75 GBaud. Wyniki wskazują, że zgodnie z 7% twardą decyzją w zakresie korekty błędu (HD-FEC) wskaźnik może osiągnąć 140 GB/s; Pod warunkiem 20% miękkiej korekcji błędów do przekazania decyzji (SD-FEC) prędkość może osiągnąć 150 GB/s. Schemat konstelacji przy 70 Gbaud pokazano na ryc. 2 (d). Wynik jest ograniczony szerokością pasma oscyloskopu 33 GHz, co jest równoważne szerokość pasma sygnału około 66 GBaud.
Jak pokazano na ryc. 2 (b), struktura trzech ARM może skutecznie tłumić optyczne nośniki o szybkości przewagi przekraczającej 30 dB. Ta struktura nie wymaga całkowitego tłumienia przewoźnika i może być również używana w odbiornikach, które wymagają tonów nośnych do odzyskiwania sygnałów, takich jak odbiorniki Kramer Kronig (KK). Nośnik można regulować za pomocą zmiany zmiany biegów centralnego ramienia, aby osiągnąć pożądany stosunek opaski bocznej (CSR).
Zalety i aplikacje
W porównaniu z tradycyjnymi modulatorami Mach Zehnder (Modulatory MZM) i inne optoelektroniczne modulatory IQ na bazie krzemu, proponowany modulator krzemowy IQ ma wiele zalet. Po pierwsze, ma kompaktowy rozmiar, ponad 10 razy mniejsze niż modulatory IQ na podstawieMach Mach Zehnder(z wyłączeniem podkładek wiązania), zwiększając w ten sposób gęstość integracji i zmniejszając powierzchnię układów. Po drugie, konstrukcja elektrody ułożonej nie wymaga zastosowania rezystorów końcowych, zmniejszając w ten sposób pojemność urządzenia i energię na bit. Po trzecie, zdolność tłumienia nośnika maksymalizuje redukcję mocy przesyłowej, dodatkowo poprawiając efektywność energetyczną.
Ponadto optyczna przepustowość GESI EAM jest bardzo szeroka (ponad 30 nanometrów), eliminując potrzebę wielokanałowych obwodów kontroli sprzężenia zwrotnego i procesorów do stabilizacji i synchronizacji rezonansu modulatorów mikrofalowych (MRMS), co upraszcza projekt.
Ten kompaktowy i wydajny modulator IQ jest wysoce odpowiedni do nowej generacji, wysokiej liczby kanałów i małych spójnych transceiverów w centrach danych, umożliwiając wyższą pojemność i bardziej energooszczędną komunikację optyczną.
Nośnik stłumiony modulator krzemowy IQ wykazuje doskonałą wydajność, z szybkością transmisji danych do 150 GB/s w 20% warunkach SD-FEC. Jego kompaktowa struktura 3-ramię oparta na GESI EAM ma znaczące zalety pod względem śladu, wydajności energetycznej i prostoty projektowania. Ten modulator ma możliwość tłumienia lub dostosowywania nośnika optycznego i może być zintegrowany ze spójnym wykrywaniem i schematami wykrywania Kramer Kronig (KK) dla wieloskładających kompaktowych spójnych nadawców. Wykazane osiągnięcia dają realizację wysoce zintegrowanych i wydajnych nadajników optycznych w celu zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na komunikację danych o dużej pojemności w centrach danych i innych dziedzinach.
Czas po: 21-2025