Компактен оптикоелектронна на основата на силицийIQ модулаторЗа високоскоростна съгласувана комуникация
Нарастващото търсене на по-високи скорости на предаване на данни и по-енергийно ефективни приемо-предаватели в центровете за данни предизвика развитието на компактни високоефективни характеристикиОптични модулатори. Оптоелектронната технология на базата на силиций (SIPH) се превърна в обещаваща платформа за интегриране на различни фотонни компоненти върху един чип, позволявайки компактни и рентабилни решения. Тази статия ще изследва нов модулатор на силициев коефициент на IQ, потиснат на носител, базиран на GESI EAM, който може да работи с честота до 75 GBAUD.
Дизайн и характеристики на устройството
Предложеният IQ модулатор приема компактна три рамена, както е показано на фигура 1 (а). Съставен от три GESI EAM и три термопнични фазови превключватели, приемащи симетрична конфигурация. Входната светлина е свързана в чипа чрез решетка (GC) и равномерно разделена на три пътя през 1 × 3 мултимоден интерферометър (MMI). След преминаване през модулатора и фазовия превключвател, светлината се рекомбинира от още 1 × 3 mmi и след това се свързва с едномодово влакно (SSMF).
Фигура 1: (а) микроскопично изображение на IQ модулатор; (б) - (г) EO S21, спектър на съотношение на изчезване и предаване на един GESI EAM; (E) Схематична диаграма на IQ модулатор и съответната оптична фаза на фазовия превключвател; (F) Представяне на потискане на носителя на сложната равнина. Както е показано на фигура 1 (б), GESI EAM има широка електрооптична честотна лента. Фигура 1 (б) измерва параметъра S21 на единична тестова структура на GESI EAM, използвайки 67 GHz оптичен анализатор на компонент (LCA). Фигури 1 (c) и 1 (d) съответно изобразяват спектрите на статичното съотношение на изчезване (ER) при различни постоянни напрежения и предаването при дължина на вълната 1555 нанометри.
Както е показано на фигура 1 (д), основната характеристика на този дизайн е възможността за потискане на оптичните носители чрез регулиране на интегрирания фазов превключвател в средната рама. Фазовата разлика между горната и долната рамена е π/2, използвана за сложна настройка, докато фазовата разлика между средната рама е -3 π/4. Тази конфигурация позволява разрушителна намеса на носителя, както е показано в сложната равнина на Фигура 1 (F).
Експериментална настройка и резултати
Експерименталната настройка с висока скорост е показана на фигура 2 (а). Използва се произволен генератор на вълнови форми (KeySight M8194A) и два фазови усилватели, съвпадащи с 60 GHz, се използват като модулаторни усилватели. Напрежението на пристрастия на GESI EAM е -2,5 V, а фазово съвпадащ RF кабел се използва за минимизиране на несъответствието на електрическата фаза между I и Q каналите.
Фигура 2: (a) Експериментална настройка с висока скорост, (б) потискане на носител при 70 GBAUD, (в) скорост на грешки и скорост на данни, (г) съзвездие при 70 GBAUD. Използвайте търговски външен лазер на кухината (ECL) с широчина на линията 100 kHz, дължина на вълната 1555 nm и мощност от 12 dBm като оптичен носител. След модулация оптичният сигнал се усилва с помощта на AnЕрбий-легиран усилвател на влакната(EDFA) да компенсира загубите на свързване на чипа и загубите на модулатор.
В края на приемащия край, оптичния спектър анализатор (OSA) следи сигналния спектър и потискането на носител, както е показано на фигура 2 (б) за 70 GBAUD сигнал. Използвайте двоен поляризационен кохерентен приемник, за да получавате сигнали, който се състои от 90 градусов оптичен миксер и четири40 GHz балансирани фотодиодии е свързан с 33 GHz, 80 GSA/S осцилоскоп в реално време (RTO) (Keysight DSOZ634A). Вторият източник на ECL с широчина на линията 100 kHz се използва като локален осцилатор (LO). Поради предавателя, работещ при условия на единична поляризация, се използват само два електронни канала за аналогово-цифрова конверсия (ADC). Данните се записват на RTO и се обработват с помощта на офлайн процесор за цифров сигнал (DSP).
Както е показано на фигура 2 (с), IQ модулаторът е тестван с помощта на формат на модулация на QPSK от 40 GBAUD до 75 GBAUD. Резултатите показват, че при условията при корекция на грешките в твърдото решение (HD-FEC), скоростта може да достигне 140 GB/s; При условие на 20% корекция на грешките на мекото решение напред (SD-FEC) скоростта може да достигне 150 GB/s. Диаграмата на съзвездието при 70 gbaud е показана на фигура 2 (d). Резултатът е ограничен от честотната лента на осцилоскопа от 33 GHz, която е еквивалентна на сигнална честотна лента от приблизително 66 gbaud.
Както е показано на фигура 2 (б), трите структури на рамото могат ефективно да потискат оптичните носители със скорост на зареждане над 30 dB. Тази структура не изисква пълно потискане на носителя и може да се използва и в приемници, които изискват тонове на носител за възстановяване на сигнали, като приемници на Kramer Kronig (KK). Носителят може да се регулира чрез превключвател на фазата на централната рамо, за да се постигне желаното съотношение на носител към странична лента (CSR).
Предимства и приложения
В сравнение с традиционните модулатори на Mach Zehnder (MZM модулатори) и други оптикоелектронни IQ модулатори на базата на силиций, предложеният силиконов IQ модулатор има множество предимства. Първо, той е компактен по размер, повече от 10 пъти по -малък от IQ модулаторите въз основа наMach Zehnder модулатори(с изключение на подложките за свързване), като по този начин се увеличава плътността на интеграцията и намалява площта на чипа. Второ, подреденият дизайн на електрода не изисква използването на терминални резистори, като по този начин намалява капацитета на устройството и енергията на бит. Трето, способността за потискане на носителя увеличава намаляването на мощността на предаването, като допълнително подобрява енергийната ефективност.
В допълнение, оптичната честотна лента на GESI EAM е много широка (над 30 нанометра), елиминирайки необходимостта от многоканални вериги за контрол на обратната връзка и процесори за стабилизиране и синхронизиране на резонанс на микровълновите модулатори (MRMS), като по този начин опростява дизайна.
Този компактен и ефективен IQ модулатор е много подходящ за следващо поколение, голям брой канали и малки кохерентни приемо-предаватели в центрове за данни, което позволява по-голям капацитет и по-енергийно ефективна оптична комуникация.
Модулаторът на Silicon IQ потиска носителя показва отлична производителност, със скорост на предаване на данни до 150 GB/s при 20% SD-FEC условия. Компактната му структура от 3 рамена, базирана на GESI EAM, има значителни предимства по отношение на отпечатъка, енергийната ефективност и простотата на дизайна. Този модулатор има способността да потиска или коригира оптичния носител и може да бъде интегриран със схеми за откриване на кохерентно откриване и схеми за откриване на Kramer Kronig (KK) за многолинейни компактни кохерентни приемо -предаватели. Демонстрираните постижения стимулират реализирането на силно интегрирани и ефективни оптични приемо-предаватели, за да отговорят на нарастващото търсене на комуникация с данни с голям капацитет в центрове за данни и други области.
Време за публикация: януари-21-2025