Kompaktní optoelektronická na bázi křemíkuIQ modulátorpro vysokorychlostní koherentní komunikaci
Rostoucí poptávka po vyšších přenosu dat a energeticky efektivnější transceivery v datových centrech vedla k rozvoji kompaktního vysoce výkonnéhoOptické modulátory. Optoelektronická technologie na bázi křemíku (SIPH) se stala slibnou platformou pro integraci různých fotonických komponent do jediného čipu, což umožňuje kompaktní a nákladově efektivní řešení. Tento článek prozkoumá nový modulátor Silicon IQ potlačený nosič založený na Gesi EAMS, který může pracovat na frekvenci až 75 Gbaud.
Návrh a charakteristiky zařízení
Navrhovaný modulátor IQ přijímá kompaktní strukturu tří ramen, jak je znázorněno na obrázku 1 (a). Skládá se ze tří Gesi EAM a tří řadičů termo optické fáze a přijala symetrickou konfiguraci. Vstupní světlo je spojeno do čipu přes mřížkový spojku (GC) a rovnoměrně rozděleno do tří cest přes 1 × 3 multimodový interferometr (MMI). Po průchodu modulátorem a fázovým řadičem je světlo rekombinováno další 1 x 3 mmi a poté spojeno s vláknem s jedním režimem (SSMF).
Obrázek 1: a) mikroskopický obraz modulátoru IQ; (b) - (d) EO S21, Spektrum vyhynutí a propustnost jediného Gesi EAM; e) schematický diagram modulátoru IQ a odpovídající optická fáze fázového posunu; f) Reprezentace potlačení nosiče na komplexní rovině. Jak je znázorněno na obrázku 1 (b), Gesi EAM má širokou elektrooptickou šířku pásma. Obrázek 1 (b) změřil parametr S21 jediné testovací struktury Gesi EAM pomocí analyzátoru optické komponenty 67 GHz (LCA). Obrázky 1 (c) a 1 (d) zobrazují spektra statického vyhynutí (ER) při různých napětích DC a přenos při vlnové délce 1555 nanometrů.
Jak je znázorněno na obrázku 1 (e), hlavním rysem tohoto návrhu je schopnost potlačit optické nosiče úpravou integrovaného fázového řazení do prostředního ramene. Fázový rozdíl mezi horními a dolními rameny je π/2, který se používá pro komplexní ladění, zatímco fázový rozdíl mezi prostředním ramenem je -3 π/4. Tato konfigurace umožňuje destruktivní rušení nosiče, jak je znázorněno v komplexní rovině obrázku 1 (f).
Experimentální nastavení a výsledky
Vysokorychlostní experimentální nastavení je znázorněno na obrázku 2 (a). Jako zdroj signálu se používá libovolný generátor tvaru vlny (Keysight M8194A) a jako ovladače modulátoru se používají dva 60 GHz fázové zesilovače (s integrovanými předpětí). Zkreslení napětí Gesie EAM je -2,5 V a k minimalizaci neshody elektrické fáze mezi kanály I a Q se používá fázový RF kabel.
Obrázek 2: (a) Vysokorychlostní experimentální nastavení, (b) potlačení nosiče při 70 Gbaud, (c) míra chyb a rychlost dat, (d) souhvězdí při 70 Gbaud. Použijte komerční externí laser (ECL) s šířkou šířky 100 kHz, vlnovou délkou 1555 nm a napájením 12 dBm jako optického nosiče. Po modulaci je optický signál amplifikován pomocíZesilovač vlákna dotovaného erbiem(EDFA) kompenzovat ztráty na vazbě na čipu a ztráty vložení modulátoru.
Na přijímajícím konci monitoruje analyzátor optického spektra (OSA) signální spektrum a potlačení nosiče, jak je znázorněno na obrázku 2 (b) pro 70 gbaud signál. K přijímání signálů použijte koherentní přijímač s duálním polarizací, který se skládá z optického mixéru o 90 stupňů a čtyři40 GHz vyvážené fotodiody, a je připojen k osciloskopu 33 GHz, 80 GSA/S v reálném čase (RTO) (KeySight DSOZ634A). Druhý zdroj ECL s šířkou šířky 100 kHz se používá jako místní oscilátor (LO). Kvůli vysílači provozujícím za podmínek jedné polarizace se pro přeměnu analog-digitální (ADC) používají pouze dva elektronické kanály. Data jsou zaznamenána na RTO a zpracována pomocí offline digitálního signálního procesoru (DSP).
Jak je znázorněno na obrázku 2 (c), modulátor IQ byl testován pomocí formátu modulace QPSK od 40 Gbaud do 75 Gbaud. Výsledky naznačují, že podmínky pod 7% tvrdým rozhodnutím o opravě chyb (HD-FEC) může sazba dosáhnout 140 GB/s; Za podmínky 20% korekce chyb měkkého rozhodování (SD-FEC) může rychlost dosáhnout 150 GB/s. Schéma souhvězdí při 70 Gbaud je znázorněna na obrázku 2 (d). Výsledek je omezen šířkou pásma osciloskopu 33 GHz, což je ekvivalentní signální šířce pásma přibližně 66 Gbaud.
Jak je znázorněno na obrázku 2 (b), struktura tří ramene může účinně potlačit optické nosiče s rychlostí zakreslení přesahující 30 dB. Tato struktura nevyžaduje úplné potlačení nosiče a může být také použita v přijímačích, které vyžadují tóny nosičů k obnovení signálů, jako jsou přijímače Kramer Kronig (KK). Nosič může být upraven přes řadič fáze centrální ramene, aby se dosáhlo požadovaného poměru nosiče k postrannímu pásmu (CSR).
Výhody a aplikace
Ve srovnání s tradičními modulátory Mach Zehnder (Modulátory MZM) a další optoelektronické IQ modulátory na bázi křemíku, navrhovaný modulátor Silicon IQ má více výhod. Za prvé, je kompaktní velikost, více než 10krát menší než IQ modulátory na základěModulátory Mach Zehnder(s výjimkou spojovacích polštářků), čímž se zvyšuje hustota integrace a zmenšuje oblast čipů. Za druhé, návrh skládané elektrody nevyžaduje použití terminálních rezistorů, čímž se snižuje kapacitaci a energii zařízení na bit. Zatřetí, schopnost potlačení nosiče maximalizuje snížení přenosové síly, což dále zlepšuje energetickou účinnost.
Kromě toho je optická šířka pásma Gesie EAM velmi široká (více než 30 nanometrů), což eliminuje potřebu vícekanálových regulačních obvodů a procesorů pro stabilizaci a synchronizaci rezonance mikrovlnných modulátorů (MRMS), čímž zjednoduší návrh.
Tento kompaktní a efektivní IQ modulátor je vysoce vhodný pro příští generaci, vysoký počet kanálů a malé koherentní transceivery v datových centrech, což umožňuje vyšší kapacitu a energeticky účinnější optickou komunikaci.
Modulátor Silicon IQ nosič potlačil vykazuje vynikající výkon s rychlostí přenosu dat až 150 GB/s pod 20% podmínek SD-FEC. Jeho kompaktní struktura 3 ramene založená na Gesi EAM má významné výhody, pokud jde o stopu, energetickou účinnost a jednoduchost návrhu. Tento modulátor má schopnost potlačit nebo upravit optický nosič a může být integrován s koherentní detekcí a detekční schémata Kramer Kronig (KK) pro více liniové kompaktní koherentní transceivery. Prokázané úspěchy vedou k realizaci vysoce integrovaných a efektivních optických transceiverů, aby uspokojily rostoucí poptávku po datové komunikaci s vysokou kapacitou v datových centrech a dalších oborech.
Čas příspěvku: leden-21-2025