Kompakte silikon-gebaseerde opto-elektronikaIK-modulatorvir hoëspoed-koherente kommunikasie
Die toenemende vraag na hoër data-oordragsnelhede en meer energie-doeltreffende sender-ontvangers in datasentrums het die ontwikkeling van kompakte hoëprestasie-eenhede gedryf.optiese modulatorsSilikon-gebaseerde opto-elektroniese tegnologie (SiPh) het 'n belowende platform geword vir die integrasie van verskeie fotoniese komponente op 'n enkele skyfie, wat kompakte en koste-effektiewe oplossings moontlik maak. Hierdie artikel sal 'n nuwe draer-onderdrukte silikon IK-modulator ondersoek, gebaseer op GeSi EAMs, wat teen 'n frekwensie van tot 75 Gbaud kan werk.
Toestelontwerp en -eienskappe
Die voorgestelde IQ-modulator gebruik 'n kompakte drie-armstruktuur, soos getoon in Figuur 1 (a). Saamgestel uit drie GeSi EAM en drie termo-optiese faseverskuiwers, wat 'n simmetriese konfigurasie aanneem. Die insetlig word deur 'n roosterkoppelaar (GC) in die skyfie gekoppel en eweredig in drie paaie verdeel deur 'n 1×3 multimodus-interferometer (MMI). Nadat dit deur die modulator en faseverskuiwer gegaan het, word die lig deur 'n ander 1×3 MMI herkombineer en dan aan 'n enkelmodusvesel (SSMF) gekoppel.
Figuur 1: (a) Mikroskopiese beeld van IQ-modulator; (b) – (d) EO S21, uitsterwingsverhoudingspektrum en transmissie van 'n enkele GeSi EAM; (e) Skematiese diagram van IQ-modulator en ooreenstemmende optiese fase van faseverskuiwer; (f) Draeronderdrukkingsvoorstelling op die komplekse vlak. Soos getoon 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). Figure 1 (c) en 1 (d) toon onderskeidelik die statiese uitsterwingsverhouding (ER) spektra by verskillende GS-spannings en die transmissie by 'n golflengte van 1555 nanometer.
Soos getoon in Figuur 1 (e), is die hoofkenmerk van hierdie ontwerp die vermoë om optiese draers te onderdruk deur die geïntegreerde faseverskuiwer in die middelste arm aan te pas. Die faseverskil tussen die boonste en onderste arms is π/2, wat gebruik word vir komplekse afstemming, terwyl die faseverskil tussen die middelste arm -3 π/4 is. Hierdie konfigurasie laat destruktiewe interferensie met die draer toe, soos getoon 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 die seinbron gebruik, en twee 60 GHz fase-gepaarde RF-versterkers (met geïntegreerde voorspanning-T-stukke) word as modulatordrywers gebruik. Die voorspanning van GeSi EAM is -2.5 V, en 'n fase-gepaarde RF-kabel word gebruik om elektriese fase-wanverhouding tussen die I- en Q-kanale te verminder.
Figuur 2: (a) Hoëspoed eksperimentele opstelling, (b) Draeronderdrukking teen 70 Gbaud, (c) Fouttempo en datatempo, (d) Konstellasie teen 70 Gbaud. Gebruik 'n kommersiële eksterne holtelaser (ECL) met 'n lynwydte van 100 kHz, golflengte van 1555 nm en krag van 12 dBm as die optiese draer. Na modulasie word die optiese sein versterk met behulp van 'nerbium-gedoteerde veselversterker(EDFA) om te kompenseer vir koppelverliese op die skyfie en modulator-invoegverliese.
Aan die ontvangkant monitor 'n Optiese Spektrum Analiseerder (OSA) die seinspektrum en draeronderdrukking, soos getoon in Figuur 2 (b) vir 'n 70 Gbaud-sein. Gebruik 'n dubbele polarisasie koherente 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 enkelpolarisasietoestande werk, word slegs twee elektroniese kanale gebruik vir analoog-na-digitale omskakeling (ADC). Die data word op RTO opgeneem en verwerk met behulp van 'n vanlyn digitale seinverwerker (DSP).
Soos getoon in Figuur 2 (c), is die IQ-modulator getoets met behulp van die QPSK-modulasieformaat van 40 Gbaud tot 75 Gbaud. Die resultate dui daarop dat onder 7% harde besluitneming vorentoe foutkorreksie (HD-FEC) toestande, die tempo 140 Gb/s kan bereik; Onder die toestand van 20% sagte besluitneming vorentoe foutkorreksie (SD-FEC), kan die spoed 150 Gb/s bereik. Die konstellasiediagram by 70 Gbaud word in Figuur 2 (d) getoon. Die resultaat word beperk deur die ossilloskoopbandwydte van 33 GHz, wat gelykstaande is aan 'n seinbandwydte van ongeveer 66 Gbaud.
Soos getoon in Figuur 2 (b), kan die drie-armstruktuur optiese draers effektief onderdruk met 'n onderdrukkingstempo van meer as 30 dB. Hierdie struktuur vereis nie volledige onderdrukking van die draer nie en kan ook gebruik word in ontvangers wat draertone benodig om seine te herstel, soos Kramer Kronig (KK) ontvangers. Die draer kan aangepas word deur 'n sentrale arm faseverskuiwer om die verlangde draer-tot-sybandverhouding (CSR) te bereik.
Voordele en toepassings
In vergelyking met tradisionele Mach-Zehnder-modulators (MZM-modulators) en ander silikon-gebaseerde opto-elektroniese IK-modulators, het die voorgestelde silikon IK-modulator verskeie voordele. Eerstens is dit kompak in grootte, meer as 10 keer kleiner as IK-modulators gebaseer opMach Zehnder-modulators(uitgesluit bindingsblokkies), wat integrasiesdigtheid verhoog en skyfie-area verminder. Tweedens, die gestapelde elektrode-ontwerp vereis nie die gebruik van terminaalweerstande nie, wat die toestelkapasitansie en energie per bis verminder. Derdens, die draeronderdrukkingsvermoë maksimeer die vermindering van transmissiekrag, wat energie-doeltreffendheid verder verbeter.
Daarbenewens is die optiese bandwydte van GeSi EAM baie wyd (meer as 30 nanometer), wat die behoefte aan multikanaal-terugvoerbeheerkringe en -verwerkers om die resonansie van mikrogolfmodulators (MRM's) te stabiliseer en te sinkroniseer, uitskakel, en sodoende die ontwerp vereenvoudig.
Hierdie kompakte en doeltreffende IK-modulator is hoogs geskik vir volgende-generasie, hoë kanaaltelling en klein koherente sender-ontvangers in datasentrums, wat hoër kapasiteit en meer energie-doeltreffende optiese kommunikasie moontlik maak.
Die draer-onderdrukte silikon IQ-modulator toon uitstekende werkverrigting, met 'n data-oordragspoed 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 ontwerp-eenvoud. Hierdie modulator het die vermoë om die optiese draer te onderdruk of aan te pas en kan geïntegreer word met koherente opsporing en Kramer Kronig (KK) opsporingskemas vir multilyn kompakte koherente sender-ontvangers. Die gedemonstreerde prestasies dryf die verwesenliking van hoogs geïntegreerde en doeltreffende optiese sender-ontvangers om te voldoen aan die groeiende vraag na hoëkapasiteit-datakommunikasie in datasentrums en ander velde.
Plasingstyd: 21 Januarie 2025