Kompaktne ränipõhine optoelektroonikIQ modulaatorKiire sidusa suhtluse jaoks
Kasvav nõudlus kõrgemate andmeedastuse määrade ja energiatõhusamate transiiverite järele andmekeskustes on ajendanud kompaktse suure jõudlusega arendamistoptilised modulaatorid. Ränipõhine optoelektrooniline tehnoloogia (SIPH) on saanud paljutõotav platvorm erinevate fotooniliste komponentide integreerimiseks ühele kiibile, mis võimaldab kompaktseid ja kulutõhusaid lahendusi. Selles artiklis uuritakse GESI EAMS -il põhinevat uudset kandja allasurutud Räni IQ modulaatorit, mis võib töötada sagedusel kuni 75 gbaud.
Seadme kujundamine ja omadused
Kavandatud IQ -modulaator võtab vastu kompaktse kolme käe struktuuri, nagu on näidatud joonisel 1 (a). Koosneb kolmest gesi eam ja kolmest termo optilisest faasi nihutist, kasutades sümmeetrilist konfiguratsiooni. Sisendvalgust ühendatakse kiibisse ristiühenduse (GC) kaudu ja jagatakse ühtlaselt kolmeks teeks läbi 1 × 3 multimoodiga interferomeetri (MMI). Pärast modulaatori ja faasi nihutaja läbimist rekombineeritakse valgust veel 1 × 3 mMi ja ühendatakse seejärel üherežiimilise kiudainega (SSMF).
Joonis 1: a) IQ modulaatori mikroskoopiline pilt; (b) - (d) EO S21, väljasuremissuhte spekter ja ühe gesi EAM -i läbilaskvus; e) IQ modulaatori skemaatiline diagramm ja faasi nihuti vastav optiline faas; f) kandja supressiooni esitus keerulisel tasapinnal. Nagu on näidatud joonisel 1 (b), on gesi eamil lai elektro-optilise ribalaius. Joonis 1 (b) mõõtis ühe Gesi EAM -i testi struktuuri S21 parameetri, kasutades 67 GHz optilist komponendi analüsaatorit (LCA). Joonistel 1 (c) ja 1 (d) kujutavad vastavalt staatilise väljasuremissuhe (ER) spektrit erinevatel alalispingetel ja ülekannet lainepikkusel 1555 nanomeetrit.
Nagu on näidatud joonisel 1 (e), on selle disaini peamine omadus optiliste kandjate surumiseks, reguleerides integreeritud faasi nihet keskmises rühmas. Faasierinevus ülemise ja alumise haru vahel on π/2, mida kasutatakse keeruka häälestamiseks, keskmise haru faasierinevus aga -3 π/4. See konfiguratsioon võimaldab kanduri hävitavat sekkumist, nagu on näidatud joonise 1 (f) keerulises tasapinnas.
Eksperimentaalne seadistamine ja tulemused
Kiire eksperimentaalne seadistus on näidatud joonisel 2 (a). Signaaliallikana kasutatakse suvalist lainekuju generaatorit (KeySight M8194A) ja modulaatori draiveritena kasutatakse kahte 60 GHz -faasiga sobitatud RF -võimendit (koos integreeritud eelarvamustega). Gesi EAM -i eelarvamuste pinge on -2,5 V ja I ja Q kanalite vahelise elektrifaasi mittevastavuse minimeerimiseks kasutatakse faasiga sobitatud RF -kaablit.
Joonis 2: (a) Kiire eksperimentaalne seadistus, b) kandja supressioon 70 gbaudi juures, c) veakiirus ja andmeedastuskiirus, d) tähtkuju 70 gbaud juures. Kasutage kaubanduslikku välist õõnsuse laserit (ECL), mille joonelaius on 100 kHz, lainepikkus 1555 nm ja optilise kandjana 12 dBm. Pärast modulatsiooni võimendatakse optilist signaali, kasutadeserbiumi legeeritud kiudaine võimendi(EDFA), et kompenseerida kiibilühendusi ja modulaatori sisestuskadusid.
Vastuvõtvas otsas jälgib optiline spektri analüsaator (OSA) signaali spektrit ja kandja supressiooni, nagu on näidatud joonisel 2 (b) 70 GBAUD -signaali jaoks. Signaalide saamiseks kasutage kahekordset polarisatsiooni sidusat vastuvõtjat, mis koosneb 90 -kraadisest optilisest segistist40 GHz tasakaalustatud fotodioodid, ja on ühendatud 33 GHz, 80 GSA/s reaalajas ostsilloskoobiga (RTO) (KeySight DSOZ634a). Teist ECL -i allikat, mille liinilaius on 100 kHz, kasutatakse kohaliku ostsillaatorina (LO). Ühe polarisatsiooni tingimustes töötava saatja tõttu kasutatakse analoog-digitaalseks muundamiseks (ADC) ainult kahte elektroonilist kanalit. Andmed registreeritakse RTO kohta ja töödeldakse võrguühenduseta digitaalse signaaliprotsessori (DSP) abil.
Nagu on näidatud joonisel 2 (c), testiti IQ modulaatorit, kasutades QPSK modulatsiooni vormingut 40 gbaudini kuni 75 gbaudini. Tulemused näitavad, et 7% rasketes otsuste edastamise veaparanduse (HD-FEC) tingimustes võib see määr ulatuda 140 GB/s; 20% -lise pehmete otsuste edastamise veaparanduse tingimusel (SD-FEC) võib kiirus ulatuda 150 GB/s. Tähtkuju skeem 70 gbaudiga on näidatud joonisel 2 (d). Tulemust piirab 33 GHz ostsilloskoobi ribalaius, mis võrdub umbes 66 gbaudini signaali ribalaiusega.
Nagu on näidatud joonisel 2 (b), suudab kolm haru struktuuri optilisi kandjaid tõhusalt maha suruda, mille pakkimiskiirus ületab 30 dB. See struktuur ei nõua kandja täielikku mahasurumist ja seda saab kasutada ka vastuvõtjates, mis vajavad signaalide taastamiseks kandetoonisid, näiteks Kramer Kronig (KK) vastuvõtjad. Kandjat saab reguleerida keskse käe faasi nihutaja kaudu, et saavutada soovitud kandja ja külgriba suhe (CSR).
Eelised ja rakendused
Võrreldes traditsiooniliste Mach Zehnderi modulaatoritega (MZM modulaatorid) ja teistel ränipõhistel Optoelectronic IQ modulaatoritel on pakutud räni IQ modulaatoril mitu eelist. Esiteks on see kompaktne, rohkem kui 10 korda väiksem kui IQ modulaatoridMach Zehnderi modulaatorid(välja arvatud sidumispadjad), suurendades sellega integratsiooni tihedust ja vähendades kiibipinda. Teiseks ei nõua virnastatud elektroodide kujundus klemmitakistide kasutamist, vähendades seeläbi seadme mahtuvust ja energiat biti kohta. Kolmandaks maksimeerib kandja mahasurumise võime ülekandevõimsuse vähenemist, parandades veelgi energiatõhusust.
Lisaks on Gesi EAM-i optiline ribalaius väga lai (üle 30 nanomeetri), välistades vajaduse mitme kanaliga tagasiside juhtimisvooluahelate ja protsessorite järele, et stabiliseerida ja sünkroonida mikrolainemoodulite (MRMS) resonantsi, lihtsustades sellega disaini.
See kompaktne ja tõhus IQ-modulaator sobib väga järgmise põlvkonna, kõrge kanali arvu ja väikeste sidusate transiiverite jaoks andmekeskustes, võimaldades suuremat mahtu ja energiatõhusamat optilist suhtlust.
Vedaja surutud räni IQ modulaatoril on suurepärane jõudlus, andmeedastuskiirus on kuni 150 GB/s SD-FEC tingimustes. Selle kompaktsel 3-käelisel struktuuril põhinevad gesi EAM-il on olulised eelised jalajälje, energiatõhususe ja disaini lihtsuse osas. Sellel modulaatoril on võimalus optilist kandjat maha suruda või reguleerida ning seda saab integreerida sidusate tuvastamise ja Krameri Kronigi (KK) tuvastusskeemidega mitmerealise kompaktse sidusa transiiverite jaoks. Näidatud saavutused aitavad väga integreeritud ja tõhusate optiliste transiivide realiseerida, et rahuldada kasvavat nõudlust suure mahutavusega andmesideühenduse järele andmekeskustes ja muudes väljades.
Postiaeg: 21. jaanuar 20125