Kompaktne ränipõhine optoelektroonikaIQ modulaatorkiire ja sidusa kommunikatsiooni jaoks
Andmekeskustes kasvava nõudluse tõttu on kiiremad andmeedastuskiirused ja energiatõhusamad transiiverid ajendatud kompaktsete ja suure jõudlusega seadmete väljatöötamist.optilised modulaatoridRänil põhinev optoelektrooniline tehnoloogia (SiPh) on muutunud paljulubavaks platvormiks erinevate footonkomponentide integreerimiseks ühele kiibile, võimaldades kompaktseid ja kulutõhusaid lahendusi. See artikkel uurib uudset GeSi EAM-idel põhinevat kandesagedusega summutatud räni IQ modulaatorit, mis suudab töötada sagedusel kuni 75 Gbaud.
Seadme disain ja omadused
Kavandatud IQ-modulaator on kompaktse kolmeharulise struktuuriga, nagu on näidatud joonisel 1 (a). See koosneb kolmest GeSi EAM-ist ja kolmest termooptilisest faasinihutajast, olles sümmeetrilise konfiguratsiooniga. Sisendvalgus ühendatakse kiibiga läbi võreühenduse (GC) ja jagatakse ühtlaselt kolmeks teeks läbi 1×3 mitmemoodilise interferomeetri (MMI). Pärast modulaatori ja faasinihutaja läbimist ühendatakse valgus uuesti teise 1×3 MMI abil ja seejärel ühendatakse see ühemoodilise kiuga (SSMF).
Joonis 1: (a) IQ modulaatori mikroskoopiline pilt; (b) – (d) üksiku GeSi EAM-i EO S21, ekstinktsioonisuhte spekter ja läbilaskvus; (e) IQ modulaatori ja vastava faasinihutaja optilise faasi skemaatiline diagramm; (f) Laengukandjate summutamise esitus komplekstasandil. Nagu joonisel 1 (b) näidatud, on GeSi EAM-il lai elektrooptiline ribalaius. Joonisel 1 (b) mõõdeti üksiku GeSi EAM-i teststruktuuri S21 parameetrit, kasutades 67 GHz optilise komponendi analüsaatorit (LCA). Joonistel 1 (c) ja 1 (d) on kujutatud vastavalt staatilise ekstinktsioonisuhte (ER) spektreid erinevatel alalisvoolupingetel ja läbilaskvust lainepikkusel 1555 nanomeetrit.
Nagu joonisel 1 (e) näidatud, on selle konstruktsiooni peamine omadus võime summutada optilisi kandjaid, reguleerides keskmise haru integreeritud faasinihutit. Ülemise ja alumise haru vaheline faaside vahe on π/2, mida kasutatakse komplekshäälestuseks, samas kui keskmise haru vaheline faaside vahe on -3 π/4. See konfiguratsioon võimaldab kandesagedusele hävitavat interferentsi, nagu on näidatud joonisel 1 (f) komplekstasandil.
Eksperimentaalne ülesehitus ja tulemused
Kiire eksperimentaalne seadistus on näidatud joonisel 2 (a). Signaaliallikana kasutatakse suvalist lainekuju generaatorit (Keysight M8194A) ja modulaatori draiveritena kahte 60 GHz faasisobitatud raadiosagedusvõimendit (integreeritud eelpinge T-ühendustega). GeSi EAM-i eelpinge on -2,5 V ja I- ja Q-kanalite vahelise elektrilise faaside mittevastavuse minimeerimiseks kasutatakse faasisobitatud raadiosageduskaablit.
Joonis 2: (a) Kiire eksperimentaalne seadistus, (b) Kandja summutamine kiirusel 70 Gbaud, (c) Veasagedus ja andmeedastuskiirus, (d) Konstellatsioon kiirusel 70 Gbaud. Optilise kandjana kasutatakse kaubanduslikku välisõõnsuslaserit (ECL), mille joone laius on 100 kHz, lainepikkus 1555 nm ja võimsus 12 dBm. Pärast modulatsiooni võimendatakse optilist signaali, kasutadeserbiumiga legeeritud kiudvõimendi(EDFA), et kompenseerida kiibil tekkivaid sidestuskaotusi ja modulaatori sisestamise kaotusi.
Vastuvõtvas otsas jälgib optiline spektrianalüsaator (OSA) signaali spektrit ja kandesageduse summutust, nagu on näidatud joonisel 2 (b) 70 Gbaud signaali puhul. Signaalide vastuvõtmiseks kasutage kahe polarisatsiooniga koherentset vastuvõtjat, mis koosneb 90-kraadise optilise mikseri ja neljast40 GHz tasakaalustatud fotodioodidning on ühendatud 33 GHz, 80 GSa/s reaalajas ostsilloskoobiga (RTO) (Keysight DSOZ634A). Teist ECL-allikat joone laiusega 100 kHz kasutatakse lokaalse ostsillaatorina (LO). Kuna saatja töötab ühe polarisatsiooni tingimustes, kasutatakse analoog-digitaalmuundamiseks (ADC) ainult kahte elektroonilist kanalit. Andmed salvestatakse RTO-le ja töödeldakse võrguühenduseta digitaalsignaaliprotsessori (DSP) abil.
Nagu joonisel 2 (c) näidatud, testiti IQ modulaatorit QPSK modulatsioonivorminguga vahemikus 40 Gbaud kuni 75 Gbaud. Tulemused näitavad, et 7% kõva edasisuunalise veakorrektsiooni (HD-FEC) tingimustes võib kiirus ulatuda 140 Gb/s; 20% pehme edasisuunalise veakorrektsiooni (SD-FEC) tingimustes võib kiirus ulatuda 150 Gb/s. Tähtkuju diagramm 70 Gbaudi juures on näidatud joonisel 2 (d). Tulemust piirab ostsilloskoobi ribalaius 33 GHz, mis vastab ligikaudu 66 Gbaudi signaali ribalaiusele.
Nagu joonisel 2 (b) näidatud, suudab kolmeharuline struktuur tõhusalt summutada optilisi kandesagedusi, mille kustutamiskiirus ületab 30 dB. See struktuur ei nõua kandesageduse täielikku summutamist ja seda saab kasutada ka vastuvõtjates, mis vajavad signaalide taastamiseks kandesagedustoone, näiteks Kramer Kronigi (KK) vastuvõtjates. Kandesagedust saab reguleerida keskse haru faasinihutaja abil, et saavutada soovitud kandesageduse ja külgriba suhe (CSR).
Eelised ja rakendused
Võrreldes traditsiooniliste Mach-Zehnderi modulaatoritega (MZM modulaatorid) ja teiste ränipõhiste optoelektrooniliste IQ modulaatorite puhul on pakutud räni IQ modulaatoril mitmeid eeliseid. Esiteks on see kompaktse suurusega, enam kui 10 korda väiksem kui IQ modulaatorid, mis põhinevadMach-Zehnderi modulaatorid(välja arvatud ühenduspadjad), suurendades seeläbi integreerimistihedust ja vähendades kiibi pindala. Teiseks ei nõua virnastatud elektroodide disain klemmtakistite kasutamist, vähendades seeläbi seadme mahtuvust ja energiat biti kohta. Kolmandaks maksimeerib laengukandjate summutamise võime edastusvõimsuse vähenemist, parandades veelgi energiatõhusust.
Lisaks on GeSi EAM-i optiline ribalaius väga lai (üle 30 nanomeetri), mis välistab vajaduse mitmekanaliliste tagasiside juhtimisahelate ja protsessorite järele mikrolaine modulaatorite (MRM) resonantsi stabiliseerimiseks ja sünkroniseerimiseks, lihtsustades seeläbi disaini.
See kompaktne ja tõhus IQ-modulaator sobib suurepäraselt järgmise põlvkonna, suure kanalite arvuga ja väikeste koherentsete transiiver-vastuvõtjate jaoks andmekeskustes, võimaldades suuremat mahtuvust ja energiatõhusamat optilist sidet.
Kandjapinge summutamisega räni IQ modulaator näitab suurepärast jõudlust, andmeedastuskiirusega kuni 150 Gb/s 20% SD-FEC tingimustes. Selle kompaktsel kolmeharulisel GeSi EAM-il põhineval struktuuril on märkimisväärsed eelised jalajälje, energiatõhususe ja disaini lihtsuse osas. Sellel modulaatoril on võime optilist kandesagedust summutada või reguleerida ning seda saab integreerida koherentse tuvastamise ja Kramer Kronigi (KK) tuvastusskeemidega mitmeliiniliste kompaktsete koherentsete transiiver-vastuvõtjate jaoks. Demonstreeritud saavutused soodustavad kõrgelt integreeritud ja tõhusate optiliste transiiver-vastuvõtjate realiseerimist, et rahuldada kasvavat nõudlust suure mahutavusega andmeside järele andmekeskustes ja muudes valdkondades.
Postituse aeg: 21. jaanuar 2025