Kompakte silikon-gebaseerde opto-elektroniesIQ -modulatorVir hoëspoed-samehangende kommunikasie
Die toenemende vraag na hoër data-oordragstempo en meer energiedoeltreffende transceivers in datasentrums het die ontwikkeling van kompakte hoëprestasie gedryfOptiese modulators. Silikon-gebaseerde opto-elektroniese tegnologie (SIPH) het 'n belowende platform geword om verskillende fotoniese komponente op 'n enkele skyfie te integreer, wat kompakte en koste-effektiewe oplossings moontlik maak. In hierdie artikel word 'n nuwe draer -onderdrukte silikon -IQ -modulator ondersoek op grond van Gesi EAMS, wat kan werk teen 'n frekwensie van tot 75 GBAUD.
Toestelontwerp en -kenmerke
Die voorgestelde IQ -modulator neem 'n kompakte drie -armstruktuur aan, soos getoon in Figuur 1 (a). Saamgestel uit drie Gesi EAM- en drie Thermo -optiese fase -verskuiwers, wat 'n simmetriese konfigurasie aanneem. Die insetlig word deur 'n traliewerk (GC) in die chip gekoppel en eweredig in drie paaie verdeel deur 'n 1 × 3 multimode -interferometer (MMI). Nadat u deur die modulator en die fase-verskuiwing gegaan het, word die lig met 'n ander 1 × 3 mmi herkombineer en dan gekoppel aan 'n enkelmodusvesel (SSMF).
Figuur 1: (a) mikroskopiese beeld van IQ -modulator; (b) - (d) EO S21, uitsterwingverhoudingspektrum, en oordrag van 'n enkele Gesi eam; (e) Skematiese diagram van IQ -modulator en die ooreenstemmende optiese fase van die faseverskuiwing; (f) Verteenwoordiging van draeronderdrukking op die komplekse vlak. Soos aangetoon in Figuur 1 (b), het Gesi EAM 'n wye elektro-optiese bandwydte. Figuur 1 (b) het die S21 -parameter van 'n enkele GESI EAM -toetsstruktuur gemeet met behulp van 'n 67 GHz optiese komponentanaliseerder (LCA). Figuur 1 (C) en 1 (D) beeld onderskeidelik die statiese uitwissingsverhouding (ER) spektra by verskillende GS -spannings en die transmissie op 'n golflengte van 1555 nanometers uit.
Soos aangetoon in Figuur 1 (e), is die belangrikste kenmerk van hierdie ontwerp die vermoë om optiese draers te onderdruk deur die geïntegreerde faseverskuiwing in die middelarm aan te pas. Die faseverskil tussen die boonste en onderste arms is π/2, wat gebruik word vir komplekse instelling, terwyl die faseverskil tussen die middelarm -3 π/4 is. Hierdie konfigurasie maak voorsiening vir vernietigende interferensie vir die draer, soos aangetoon in die komplekse vlak van Figuur 1 (f).
Eksperimentele opstelling en resultate
Die hoëspoed-eksperimentele opstelling word in Figuur 2 (a) getoon. 'N Arbitrêre golfvormgenerator (Keysight M8194A) word as seinbron gebruik, en twee 60 GHz -fase -ooreenstemmende RF -versterkers (met geïntegreerde vooroordeel -tees) word as modulatordrywers gebruik. Die voorspanning van Gesi EAM is -2,5 V, en 'n fase -ooreenstemmende RF -kabel word gebruik om die nie -ooreenstemming van die elektriese fase tussen die I- en Q -kanale te verminder.
Figuur 2: (a) eksperimentele opstelling met 'n hoë snelheid, (b) onderdrukking van draer by 70 GBAUD, (c) fouttempo en datatempo, (d) konstellasie by 70 GBAUD. Gebruik 'n kommersiële eksterne holte -laser (ECL) met 'n lynwydte van 100 kHz, die golflengte van 1555 nm en die krag van 12 dBm as die optiese draer. Na modulasie word die optiese sein versterk met behulp van 'nErbium-gedoteerde veselversterker(EDFA) om te vergoed vir verliese op die chip-koppeling en invoegingsverliese van modulator.
Aan die einde van die einde monitor 'n optiese spektrumanaliseerder (OSA) die seinspektrum en draeronderdrukking, soos aangetoon in Figuur 2 (b) vir 'n 70 GBAUD -sein. Gebruik 'n dubbele polarisasie -samehangende ontvanger om seine te ontvang, wat bestaan uit 'n 90 grade optiese menger en vier40 GHz gebalanseerde fotodiodes, en is gekoppel aan 'n 33 GHz, 80 GSA/S intydse ossilloskoop (RTO) (Keysight DSOZ634A). Die tweede ECL -bron met 'n lynwydte van 100 kHz word as 'n plaaslike ossillator (LO) gebruik. As gevolg van die sender wat onder enkele polarisasietoestande werk, word slegs twee elektroniese kanale gebruik vir analoog-tot-digitale omskakeling (ADC). Die data word op RTO aangeteken en verwerk met behulp van 'n Offline Digital Signal Processor (DSP).
Soos aangetoon in Figuur 2 (c), is die IQ -modulator met behulp van QPSK -moduleringsformaat van 40 GBAUD tot 75 GBAUD getoets. Die resultate dui aan dat die koers van onder 7% harde besluitvoorwaardes vir die voorwaardes van die Fout Foutfoutkorreksie (HD-FEC) 140 GB/S kan bereik; Onder die voorwaarde van 20% sagte besluitvoorsieningsfoutkorreksie (SD-FEC), kan die snelheid 150 GB/s bereik. Die konstellasiediagram by 70 GBAUD word in Figuur 2 (d) getoon. Die resultaat word beperk deur die ossilloskoopbandbreedte van 33 GHz, wat gelykstaande is aan 'n seinbandwydte van ongeveer 66 GBAUD.
Soos aangetoon in Figuur 2 (b), kan die drie armstruktuur optiese draers effektief onderdruk met 'n blanko -tempo van meer as 30 dB. Hierdie struktuur benodig nie 'n volledige onderdrukking van die draer nie en kan ook gebruik word by ontvangers wat draer toon om seine te herstel, soos Kramer Kronig (KK) ontvangers. Die draer kan deur 'n sentrale armfase -verskuiwing verstel word om die gewenste draer -tot -syband -verhouding (CSR) te bereik.
Voordele en toepassings
In vergelyking met tradisionele Mach Zehnder -modulators (MZM -modulators) en ander silikon-gebaseerde opto-elektroniese IQ-modulators, het die voorgestelde silikon-IQ-modulator verskeie voordele. Eerstens is dit kompak in grootte, meer as tien keer kleiner as IK -modulators gebaseer opMach Zehnder Modulators(uitsluiting van bindingsblokkies), waardeur die integrasie -digtheid verhoog word en die chiparea verminder. Tweedens het die gestapelde elektrode -ontwerp nie die gebruik van terminale weerstande nodig nie, en sodoende verminder die kapasitansie en energie per bit. Derdens maksimeer die onderdrukking van die draer die vermindering van transmissiekrag, wat die energie -doeltreffendheid verder verbeter.
Daarbenewens is die optiese bandwydte van Gesi EAM baie breed (meer as 30 nanometer), wat die behoefte aan multikanaal-terugvoerbeheerbane en -verwerkers uitskakel om die resonansie van mikrogolfmodulators (MRMS) te stabiliseer en te sinchroniseer, waardeur die ontwerp vereenvoudig word.
Hierdie kompakte en doeltreffende IK-modulator is baie geskik vir die volgende generasie, hoë kanaaltelling en klein samehangende transceivers in datasentrums, wat hoër kapasiteit en meer energiedoeltreffende optiese kommunikasie moontlik maak.
Die draer onderdruk silikon-IQ-modulator vertoon uitstekende werkverrigting, met 'n data-transmissietempo van tot 150 GB/s onder 20% SD-FEC-toestande. Die kompakte 3-armstruktuur gebaseer op GESI EAM het beduidende voordele in terme van voetspoor, energie-doeltreffendheid en eenvoud van die ontwerp. Hierdie modulator het die vermoë om die optiese draer te onderdruk of aan te pas en kan geïntegreer word met samehangende opsporing en Kramer Kronig (KK) opsporingskemas vir multi -lyn kompakte samehangers. Die getoonde prestasies dryf die verwesenliking van hoogs geïntegreerde en doeltreffende optiese transceivers om aan die groeiende vraag na datakommunikasie met hoë kapasiteit in datasentrums en ander velde te voldoen.
Postyd: Jan-21-2025