Kompakta silicio-bazita optoelektronikoIQ-modulatoropor altrapida kohera komunikado
La kreskanta postulo je pli altaj datumtranssendaj rapidoj kaj pli energiefikaj sendiloj en datumcentroj pelis la disvolvon de kompaktaj alt-efikecajoptikaj modulatorojSilicio-bazita optoelektronika teknologio (SiPh) fariĝis promesplena platformo por integri diversajn fotonikajn komponantojn sur unuopan peceton, ebligante kompaktajn kaj kostefikajn solvojn. Ĉi tiu artikolo esploros novan portant-subpremitan silician IQ-modulilon bazitan sur GeSi EAM-oj, kiu povas funkcii je frekvenco ĝis 75 Gbaŭdo.
Aparata dezajno kaj karakterizaĵoj
La proponita IQ-modulatoro adoptas kompaktan tri-brakan strukturon, kiel montrite en Figuro 1 (a). Ĝi konsistas el tri GeSi EAM kaj tri termo-optikaj fazoŝanĝiloj, adoptante simetrian konfiguracion. La eniga lumo estas kuplita en la peceton tra krada kuplilo (GC) kaj egale dividita en tri vojojn tra 1×3 multireĝima interferometro (MMI). Post pasado tra la modulatoro kaj fazoŝanĝilo, la lumo estas rekombinita per alia 1×3 MMI kaj poste kuplita al unu-reĝima fibro (SSMF).
Figuro 1: (a) Mikroskopa bildo de IQ-modulatoro; (b) – (d) EO S21, spektro de la ekstinga proporcio, kaj transmitanco de unuopa GeSi EAM; (e) Skema diagramo de IQ-modulatoro kaj koresponda optika fazo de fazŝovilo; (f) Reprezento de subpremado de portanto sur la kompleksa ebeno. Kiel montrite en Figuro 1 (b), GeSi EAM havas larĝan elektro-optikan bendolarĝon. Figuro 1 (b) mezuris la S21-parametron de unuopa GeSi EAM-testa strukturo uzante 67 GHz-an optikan komponentanalizilon (LCA). Figuroj 1 (c) kaj 1 (d) respektive prezentas la statikajn ekstingajn proporcio-spektrojn (ER) ĉe malsamaj kontinukurentaj tensioj kaj la transdonon ĉe ondolongo de 1555 nanometroj.
Kiel montrite en Figuro 1 (e), la ĉefa trajto de ĉi tiu dezajno estas la kapablo subpremi optikajn portantojn per agordo de la integrita fazoŝanĝilo en la meza brako. La fazdiferenco inter la supra kaj malsupra brakoj estas π/2, uzata por kompleksa agordo, dum la fazdiferenco inter la meza brako estas -3 π/4. Ĉi tiu konfiguracio permesas detruan interferon al la portanto, kiel montrite en la kompleksa ebeno de Figuro 1 (f).
Eksperimenta aranĝo kaj rezultoj
La altrapida eksperimenta aranĝo estas montrita en Figuro 2 (a). Arbitra ondforma generatoro (Keysight M8194A) estas uzata kiel la signalfonto, kaj du 60 GHz faz-kongruaj RF-amplifiloj (kun integritaj biasaj T-konektoj) estas uzataj kiel modulatoraj peliloj. La biasa tensio de GeSi EAM estas -2.5 V, kaj faz-kongrua RF-kablo estas uzata por minimumigi elektran fazan miskongruon inter la I kaj Q kanaloj.
Figuro 2: (a) Alt-rapida eksperimenta aranĝo, (b) Subpremado de portanto je 70 Gbaŭdoj, (c) Erarofteco kaj datumrapideco, (d) Konstelacio je 70 Gbaŭdoj. Uzu komercan eksteran kavaĵlaseron (ECL) kun linilarĝo de 100 kHz, ondolongo de 1555 nm, kaj potenco de 12 dBm kiel la optikan portanton. Post modulado, la optika signalo estas amplifikita uzanteerbio-dopita fibramplifilo(EDFA) por kompensi por sur-ĉipaj kuplaj perdoj kaj modulatoraj enmetperdoj.
Ĉe la ricevanta fino, Optika Spektra Analizilo (OSA) monitoras la signalspektron kaj subpremadon de portantoj, kiel montrite en Figuro 2 (b) por 70 Gbaŭda signalo. Uzu duoblan polarizan koheran ricevilon por ricevi signalojn, kiu konsistas el 90-grada optika miksilo kaj kvar40 GHz ekvilibraj fotodiodoj, kaj estas konektita al 33 GHz, 80 GSa/s realtempa osciloskopo (RTO) (Keysight DSOZ634A). La dua ECL-fonto kun linilarĝo de 100 kHz estas uzata kiel loka oscilatoro (LO). Pro tio, ke la sendilo funkcias sub kondiĉoj de unuopa polarigo, nur du elektronikaj kanaloj estas uzataj por analog-cifereca konverto (ADC). La datumoj estas registritaj sur RTO kaj prilaboritaj per senkonekta cifereca signalprocesoro (DSP).
Kiel montrite en Figuro 2 (c), la IQ-modulilo estis testita uzante QPSK-modulan formaton de 40 Gbaŭdoj ĝis 75 Gbaŭdoj. La rezultoj indikas, ke sub 7%-a malfacila decida antaŭenkorekto de eraroj (HD-FEC), la rapido povas atingi 140 Gb/s; Sub la kondiĉo de 20%-a mola decida antaŭenkorekto de eraroj (SD-FEC), la rapido povas atingi 150 Gb/s. La konstelacia diagramo je 70 Gbaŭdoj estas montrita en Figuro 2 (d). La rezulto estas limigita de la osciloskopa bendlarĝo de 33 GHz, kio egalas al signala bendlarĝo de proksimume 66 Gbaŭdoj.
Kiel montrite en Figuro 2 (b), la tri-braka strukturo povas efike subpremi optikajn portantojn kun malaktiveco superanta 30 dB. Ĉi tiu strukturo ne postulas kompletan subpremadon de la portanto kaj ankaŭ povas esti uzata en riceviloj, kiuj bezonas portantajn tonojn por reakiri signalojn, kiel ekzemple Kramer Kronig (KK) riceviloj. La portanto povas esti alĝustigita per centra braka fazoŝanĝilo por atingi la deziratan rilatumon inter portanto kaj flankbendo (CSR).
Avantaĝoj kaj Aplikoj
Kompare kun tradiciaj Mach-Zehnder-modulatoroj (MZM-modulatoroj) kaj aliaj siliciaj optoelektronikaj IQ-moduliloj, la proponita silicia IQ-modulilo havas multajn avantaĝojn. Unue, ĝi estas kompakta laŭ grandeco, pli ol 10 fojojn pli malgranda ol IQ-moduliloj bazitaj surMach-Zehnder-modulatoroj(ekskludante ligajn kusenetojn), tiel pliigante la integriĝan densecon kaj reduktante la areon de la ico. Due, la staplita elektroda dezajno ne postulas la uzon de finaj rezistiloj, tiel reduktante la kapacitancon de la aparato kaj energion po bito. Trie, la kapablo subpremi la portanton maksimumigas la redukton de la transmisia potenco, plue plibonigante la energiefikecon.
Krome, la optika bendolarĝo de GeSi EAM estas tre larĝa (pli ol 30 nanometroj), eliminante la bezonon de plurkanalaj religaj kontrolcirkvitoj kaj procesoroj por stabiligi kaj sinkronigi la resonancon de mikroondaj modulatoroj (MRMoj), tiel simpligante la dezajnon.
Ĉi tiu kompakta kaj efika IQ-modulilo estas tre taŭga por venontgeneraciaj, alt-kanalaj kaj malgrandaj koheraj sendiloj en datencentroj, ebligante pli altan kapaciton kaj pli energiefikan optikan komunikadon.
La IQ-modulilo kun subpremataj portantoj el silicio montras bonegan rendimenton, kun datumtransiga rapido ĝis 150 Gb/s sub 20% SD-FEC-kondiĉoj. Ĝia kompakta 3-braka strukturo bazita sur GeSi EAM havas signifajn avantaĝojn rilate al grandeco, energiefikeco kaj dezajna simpleco. Ĉi tiu modulilo havas la kapablon subpremi aŭ ĝustigi la optikan portanton kaj povas esti integrita kun kohera detekto kaj Kramer Kronig (KK) detektoskemoj por plurliniaj kompaktaj koheraj sendiloj. La montritaj atingoj instigas la realigon de tre integraj kaj efikaj optikaj sendiloj por kontentigi la kreskantan postulon pri altkapacita datumkomunikado en datumcentroj kaj aliaj kampoj.
Afiŝtempo: 21-a de januaro 2025