Optoelettronika kompatta bbażata fuq is-silikonModulatur tal-IQgħal komunikazzjoni koerenti b'veloċità għolja
Id-domanda dejjem tikber għal rati ogħla ta' trasmissjoni tad-dejta u transceivers aktar effiċjenti fl-enerġija fiċ-ċentri tad-dejta wasslet għall-iżvilupp ta' apparati kompatti ta' prestazzjoni għoljamodulaturi ottiċiIt-teknoloġija optoelettronika bbażata fuq is-silikon (SiPh) saret pjattaforma promettenti għall-integrazzjoni ta' diversi komponenti fotoniċi fuq ċippa waħda, li tippermetti soluzzjonijiet kompatti u kosteffettivi. Dan l-artikolu se jesplora modulatur IQ tas-silikon ġdid b'soppressjoni tat-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 bi tliet dirgħajn, kif muri fil-Figura 1(a). Huwa magħmul minn tliet GeSi EAM u tliet shifters tal-fażi termo-ottiċi, u jadottaw konfigurazzjoni simmetrika. Id-dawl tad-dħul huwa akkoppjat fiċ-ċippa permezz ta' grating coupler (GC) u maqsum b'mod ugwali fi tliet mogħdijiet permezz ta' interferometru multimodali 1×3 (MMI). Wara li jgħaddi mill-modulatur u l-phase shifter, id-dawl jiġi rikombinat minn MMI 1×3 ieħor u mbagħad akkoppjat ma' fibra single-mode (SSMF).
Figura 1: (a) Immaġni mikroskopika tal-modulatur IQ; (b) – (d) EO S21, spettru tal-proporzjon ta' estinzjoni, u trasmittanza ta' EAM GeSi wieħed; (e) Dijagramma skematika tal-modulatur IQ u l-fażi ottika korrispondenti tal-bidla fil-fażi; (f) Rappreżentazzjoni tas-soppressjoni tat-trasportatur fuq il-pjan kumpless. Kif muri fil-Figura 1 (b), l-EAM GeSi għandu bandwidth elettro-ottika wiesgħa. Il-Figura 1 (b) kejlet il-parametru S21 ta' struttura tat-test EAM GeSi waħda bl-użu ta' analizzatur tal-komponenti ottiċi (LCA) ta' 67 GHz. Il-Figuri 1 (c) u 1 (d) rispettivament juru l-ispettri tal-proporzjon ta' estinzjoni statika (ER) f'vultaġġi DC differenti u t-trażmissjoni f'tul ta' mewġa ta' 1555 nanometru.
Kif muri fil-Figura 1 (e), il-karatteristika ewlenija ta' dan id-disinn hija l-abbiltà li jiġu soppressi t-trasportaturi ottiċi billi jiġi aġġustat il-phase shifter integrat fid-driegħ tan-nofs. Id-differenza fil-fażi bejn id-driegħ ta' fuq u t'isfel hija π/2, użata għal irfinar kumpless, filwaqt li d-differenza fil-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).
Twaqqif u riżultati sperimentali
Is-setup sperimentali ta' veloċità għolja huwa muri fil-Figura 2 (a). Ġeneratur ta' forma ta' mewġa arbitrarja (Keysight M8194A) jintuża bħala s-sors tas-sinjal, u żewġ amplifikaturi RF imqabbla mal-fażi ta' 60 GHz (b'tees ta' polarizzazzjoni integrati) jintużaw bħala sewwieqa tal-modulatur. Il-vultaġġ ta' polarizzazzjoni tal-GeSi EAM huwa -2.5 V, u kejbil RF imqabbel mal-fażi jintuża biex jimminimizza d-diskrepanza tal-fażi elettrika bejn il-kanali I u Q.
Figura 2: (a) Setup sperimentali b'veloċità għolja, (b) Soppressjoni tat-trasportatur f'70 Gbaud, (ċ) Rata ta' żball u rata tad-dejta, (d) Kostellazzjoni f'70 Gbaud. Uża laser kummerċjali b'kavità esterna (ECL) b'wisa' tal-linja ta' 100 kHz, tul ta' mewġa ta' 1555 nm, u qawwa ta' 12 dBm bħala t-trasportatur ottiku. Wara l-modulazzjoni, is-sinjal ottiku jiġi amplifikat bl-użu ta'amplifikatur tal-fibra dopat bl-erbju(EDFA) biex tikkumpensa għat-telf tal-akkoppjar on-chip u t-telf tal-inserzjoni tal-modulatur.
Fit-tarf li jirċievi, Analizzatur tal-Ispettru Ottiku (OSA) jimmonitorja l-ispettru tas-sinjal u s-soppressjoni tat-trasportatur, kif muri fil-Figura 2 (b) għal sinjal ta' 70 Gbaud. Uża riċevitur koerenti b'polarizzazzjoni doppja biex tirċievi sinjali, li jikkonsisti minn mixer ottiku ta' 90 grad u erba'Fotodijodi bbilanċjati ta' 40 GHz, u huwa konness ma' oxxilloskopju f'ħin reali (RTO) ta' 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A). It-tieni sors ECL b'wisa' tal-linja ta' 100 kHz jintuża bħala oxxillatur lokali (LO). Minħabba li t-trasmettitur jopera taħt kundizzjonijiet ta' polarizzazzjoni waħda, żewġ kanali elettroniċi biss jintużaw għall-konverżjoni analoga għal diġitali (ADC). Id-dejta hija 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 tal-format ta' modulazzjoni QPSK minn 40 Gbaud sa 75 Gbaud. Ir-riżultati jindikaw li taħt kundizzjonijiet ta' 7% hard decision forward error correction (HD-FEC), ir-rata tista' tilħaq 140 Gb/s; Taħt il-kundizzjoni ta' 20% soft decision forward error correction (SD-FEC), il-veloċità tista' tilħaq 150 Gb/s. Id-dijagramma tal-kostellazzjoni f'70 Gbaud hija murija 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 bi tliet dirgħajn tista' trażżan b'mod effettiv it-trasportaturi ottiċi b'rata ta' blanking li taqbeż it-30 dB. Din l-istruttura ma teħtieġx trażżin komplet tat-trasportatur u tista' tintuża wkoll f'riċevituri li jeħtieġu toni tat-trasportatur biex jirkupraw is-sinjali, bħar-riċevituri Kramer Kronig (KK). It-trasportatur jista' jiġi aġġustat permezz ta' bidla fil-fażi tad-driegħ ċentrali biex jinkiseb il-proporzjon mixtieq tat-trasportatur għall-banda tal-ġenb (CSR).
Vantaġġi u Applikazzjonijiet
Meta mqabbel mal-modulaturi tradizzjonali ta' Mach Zehnder (Modulaturi tal-MZM) u modulaturi IQ optoelettroniċi oħra bbażati fuq is-silikon, il-modulatur IQ tas-silikon propost għandu diversi vantaġġi. L-ewwelnett, huwa kompatt fid-daqs, aktar minn 10 darbiet iżgħar mill-modulaturi IQ ibbażati fuqModulaturi Mach Zehnder(esklużi l-pads tal-bonding), u b'hekk tiżdied id-densità tal-integrazzjoni u titnaqqas l-erja taċ-ċippa. It-tieni nett, id-disinn tal-elettrodu f'munzelli ma jeħtieġx l-użu ta' reżisturi terminali, u b'hekk titnaqqas il-kapaċitanza tal-apparat u l-enerġija għal kull bit. It-tielet nett, il-kapaċità tas-soppressjoni tat-trasportatur timmassimizza t-tnaqqis tal-qawwa tat-trażmissjoni, u b'hekk ittejjeb aktar l-effiċjenza tal-enerġija.
Barra minn hekk, il-bandwidth ottika ta' GeSi EAM hija wiesgħa ħafna (aktar minn 30 nanometru), u b'hekk telimina l-ħtieġa għal ċirkwiti ta' kontroll ta' feedback b'ħafna kanali u proċessuri biex jistabbilizzaw u jissinkronizzaw ir-reżonanza tal-modulaturi tal-microwave (MRMs), u b'hekk tissimplifika d-disinn.
Dan il-modulatur IQ kompatt u effiċjenti huwa adattat ħafna għal transceivers koerenti żgħar, b'għadd għoli ta' kanali, u tal-ġenerazzjoni li jmiss fiċ-ċentri tad-dejta, li jippermetti kapaċità ogħla u komunikazzjoni ottika aktar effiċjenti fl-enerġija.
Il-modulatur tas-silikon IQ b'soppressjoni tat-trasportatur juri prestazzjoni eċċellenti, b'rata ta' trasmissjoni tad-dejta sa 150 Gb/s taħt kundizzjonijiet ta' 20% SD-FEC. L-istruttura kompatta tiegħu bi 3 dirgħajn ibbażata fuq GeSi EAM għandha vantaġġi sinifikanti f'termini ta' impronta, 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' skemi ta' skoperta koerenti u 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 b'kapaċità għolja fiċ-ċentri tad-dejta u oqsma oħra.
Ħin tal-posta: 21 ta' Jannar 2025