Għal komunikazzjoni koerenti b'veloċità għolja modulatur IQ optoelettroniku kompatt ibbażat fuq is-silikon

Optoelettroniku kompatt ibbażat fuq is-silikonModulatur IQgħal komunikazzjoni koerenti b'veloċità għolja
Id-domanda dejjem tikber għal rati ogħla ta 'trażmissjoni tad-dejta u transceivers aktar effiċjenti fl-enerġija fiċ-ċentri tad-dejta wasslet għall-iżvilupp ta' kompatti ta 'prestazzjoni għoljamodulaturi ottiċi. It-teknoloġija optoelettronika bbażata fuq is-silikon (SiPh) saret pjattaforma promettenti għall-integrazzjoni ta 'diversi komponenti fotoniċi fuq ċippa waħda, li tippermetti soluzzjonijiet kompatti u kost-effettivi. Dan l-artikolu se jesplora modulatur ġdid tas-silikon IQ soppresso minn trasportatur ibbażat fuq GeSi EAMs, li jista 'jopera bi frekwenza sa 75 Gbaud.
Disinn u karatteristiċi tal-apparat
Il-modulatur IQ propost jadotta struttura kompatta ta 'tliet driegħ, kif muri fil-Figura 1 (a). Magħmul minn tliet GeSi EAM u tliet phase shifters termo ottiċi, li jadottaw konfigurazzjoni simmetrika. Id-dawl ta 'input huwa akkoppjat fiċ-ċippa permezz ta' grating coupler (GC) u maqsum indaqs fi tliet mogħdijiet permezz ta 'interferometru multimode 1 × 3 (MMI). Wara li jgħaddi mill-modulatur u l-phase shifter, id-dawl jiġi kkombinat mill-ġdid minn 1 × 3 MMI ieħor u mbagħad akkoppjat ma 'fibra b'mod wieħed (SSMF).

Figura 1: (a) Immaġni mikroskopika tal-modulatur IQ; (b) – (d) EO S21, spettru tal-proporzjon ta' estinzjoni, u trażmissjoni ta' EAM GeSi wieħed; (e) Dijagramma skematika tal-modulatur IQ u l-fażi ottika korrispondenti ta' phase shifter; (f) Rappreżentazzjoni tat-trażżin tat-trasportatur fuq il-pjan kumpless. Kif muri fil-Figura 1 (b), GeSi EAM għandu bandwidth elettro-ottiku wiesa '. Figura 1 (b) imkejjel il-parametru S21 ta 'struttura waħda tat-test GeSi EAM bl-użu ta' analizzatur ta 'komponenti ottiċi (LCA) ta' 67 GHz. Il-Figuri 1 (c) u 1 (d) rispettivament juru l-ispettri tal-proporzjon statiku ta 'estinzjoni (ER) f'vultaġġi DC differenti u t-trażmissjoni f'wavelength ta' 1555 nanometru.
Kif muri fil-Figura 1 (e), il-karatteristika ewlenija ta 'dan id-disinn hija l-abbiltà li jrażżnu t-trasportaturi ottiċi billi jaġġustaw il-phase shifter integrat fid-driegħ tan-nofs. Id-differenza tal-fażi bejn id-dirgħajn ta 'fuq u t'isfel hija π/2, użata għall-irfinar kumpless, filwaqt li d-differenza tal-fażi bejn id-driegħ tan-nofs hija -3 π/4. Din il-konfigurazzjoni tippermetti interferenza distruttiva għat-trasportatur, kif muri fil-pjan kumpless tal-Figura 1 (f).
Setup u riżultati sperimentali
Is-setup sperimentali ta 'veloċità għolja jidher fil-Figura 2 (a). Ġeneratur ta 'forma ta' mewġ arbitrarju (Keysight M8194A) jintuża bħala s-sors tas-sinjal, u żewġ amplifikaturi RF imqabbla b'fażi ta '60 GHz (b'tees bias integrati) jintużaw bħala sewwieqa tal-modulaturi. Il-vultaġġ ta 'bias ta' GeSi EAM huwa -2.5 V, u kejbil RF imqabbel mal-fażi jintuża biex jimminimizza n-nuqqas ta 'qbil tal-fażi elettrika bejn il-kanali I u Q.
Figura 2: (a) Setup sperimentali ta 'veloċità għolja, (b) Soppressjoni ta' Carrier f'70 Gbaud, (c) Rata ta 'żball u rata tad-dejta, (d) Kostellazzjoni f'70 Gbaud. Uża laser tal-kavità esterna kummerċjali (ECL) b'wisa 'tal-linja ta' 100 kHz, tul ta 'mewġ ta' 1555 nm, u qawwa ta '12 dBm bħala trasportatur ottiku. Wara l-modulazzjoni, is-sinjal ottiku huwa amplifikat bl-użu ta ' anamplifikatur tal-fibra drogata bl-erbju(EDFA) biex tikkumpensa għat-telf tal-akkoppjar fuq iċ-ċippa u t-telf tal-inserzjoni tal-modulaturi.
Fit-tarf li jirċievi, Analizzatur tal-Ispettru Ottiku (OSA) jimmonitorja l-ispettru tas-sinjal u t-trażżin tal-ġarrier, kif muri fil-Figura 2 (b) għal sinjal ta '70 Gbaud. Uża riċevitur koerenti ta' polarizzazzjoni doppja biex tirċievi sinjali, li jikkonsisti f'mixer ottiku ta' 90 grad u erba'Fotodijodi bilanċjati 40 GHz, u hija konnessa ma '33 GHz, 80 GSa/s oxxilloskopju f'ħin reali (RTO) (Keysight DSOZ634A). It-tieni sors ECL b'wisa 'tal-linja ta' 100 kHz jintuża bħala oxxillatur lokali (LO). Minħabba li t-trasmettitur jaħdem taħt kundizzjonijiet ta 'polarizzazzjoni waħda, żewġ kanali elettroniċi biss huma użati għall-konverżjoni analogu għal diġitali (ADC). Id-dejta tiġi rreġistrata fuq RTO u pproċessata bl-użu ta 'proċessur tas-sinjali diġitali offline (DSP).
Kif muri fil-Figura 2 (c), il-modulatur IQ ġie ttestjat bl-użu ta 'format ta' modulazzjoni QPSK minn 40 Gbaud għal 75 Gbaud. Ir-riżultati jindikaw li taħt 7% kundizzjonijiet ta 'korrezzjoni ta' żball bil-quddiem ta 'deċiżjoni iebsa (HD-FEC), ir-rata tista' tilħaq 140 Gb/s; Taħt il-kondizzjoni ta '20% ta' korrezzjoni ta 'żbalji bil-quddiem tad-deċiżjoni artab (SD-FEC), il-veloċità tista' tilħaq 150 Gb/s. Id-dijagramma tal-kostellazzjoni f'70 Gbaud tidher fil-Figura 2 (d). Ir-riżultat huwa limitat mill-bandwidth tal-oxxilloskopju ta' 33 GHz, li huwa ekwivalenti għal bandwidth tas-sinjal ta' madwar 66 Gbaud.

Kif muri fil-Figura 2 (b), l-istruttura ta 'tliet driegħ tista' effettivament trażżan trasportaturi ottiċi b'rata ta 'blanking li taqbeż it-30 dB. Din l-istruttura ma teħtieġx soppressjoni sħiħa tat-trasportatur u tista 'tintuża wkoll f'riċevituri li jeħtieġu tones ta' trasportatur biex jirkupraw sinjali, bħal riċevituri Kramer Kronig (KK). It-trasportatur jista 'jiġi aġġustat permezz ta' phase shifter tad-driegħ ċentrali biex jinkiseb it-trasportatur mixtieq għall-proporzjon tal-faxxa tal-ġenb (CSR).
Vantaġġi u Applikazzjonijiet
Meta mqabbel mal-modulaturi tradizzjonali Mach Zehnder (Modulaturi MZM) u modulaturi IQ optoelettroniċi oħra bbażati fuq is-silikon, il-modulatur IQ tas-silikon propost għandu vantaġġi multipli. L-ewwelnett, huwa kompatt fid-daqs, aktar minn 10 darbiet iżgħar minn modulaturi IQ ibbażati fuqModulaturi Mach Zehnder(esklużi pads tat-twaħħil), b'hekk tiżdied id-densità tal-integrazzjoni u titnaqqas iż-żona taċ-ċippa. It-tieni nett, id-disinn tal-elettrodu f'munzelli ma jeħtieġx l-użu ta 'resistors terminali, u b'hekk inaqqas il-kapaċità tal-apparat u l-enerġija għal kull bit. It-tielet nett, il-kapaċità ta 'soppressjoni tat-trasportatur timmassimizza t-tnaqqis tal-qawwa tat-trażmissjoni, u tkompli ttejjeb l-effiċjenza tal-enerġija.
Barra minn hekk, il-bandwidth ottiku ta 'GeSi EAM huwa wiesa' ħafna (aktar minn 30 nanometru), jelimina l-ħtieġa għal ċirkwiti ta 'kontroll ta' feedback b'ħafna kanali u proċessuri biex jistabbilizzaw u jissinkronizzaw ir-reżonanza ta 'modulaturi microwave (MRMs), u b'hekk jissimplifikaw id-disinn.
Dan il-modulatur IQ kompatt u effiċjenti huwa adattat ħafna għall-ġenerazzjoni li jmiss, għadd għoli ta 'kanali, u transceivers koerenti żgħar f'ċentri tad-dejta, li jippermetti kapaċità ogħla u komunikazzjoni ottika aktar effiċjenti fl-enerġija.
Il-modulatur IQ tas-silikon imrażżan minn trasportatur juri prestazzjoni eċċellenti, b'rata ta 'trażmissjoni tad-dejta sa 150 Gb/s taħt kundizzjonijiet SD-FEC ta' 20%. L-istruttura kompatta ta '3 driegħ tagħha bbażata fuq GeSi EAM għandha vantaġġi sinifikanti f'termini ta' footprint, effiċjenza fl-enerġija u sempliċità tad-disinn. Dan il-modulatur għandu l-abbiltà li jrażżan jew jaġġusta t-trasportatur ottiku u jista 'jiġi integrat ma' skoperta koerenti u skemi ta 'skoperta Kramer Kronig (KK) għal transceivers koerenti kompatti b'ħafna linji. Il-kisbiet murija jmexxu r-realizzazzjoni ta 'transceivers ottiċi integrati ħafna u effiċjenti biex jissodisfaw id-domanda dejjem tikber għal komunikazzjoni tad-dejta ta' kapaċità għolja f'ċentri tad-dejta u oqsma oħra.