Għal komunikazzjoni koerenti b'veloċità għolja kompatta bbażata fuq is-silikon modulatur tal-IQ optoelettroniku

Optoelettroniku bbażat fuq is-silikon kompattModulatur IQGħal komunikazzjoni koerenti b'veloċità għolja
Id-domanda dejjem tiżdied għal rati ta 'trasmissjoni ta' dejta ogħla u transceivers aktar effiċjenti fl-enerġija fiċ-ċentri tad-dejta xprunaw l-iżvilupp ta 'prestazzjoni għolja kompattaModulaturi ottiċi- Teknoloġija optoelettronika bbażata fuq is-silikon (SIPH) saret pjattaforma promettenti għall-integrazzjoni ta 'diversi komponenti fotoniċi fuq ċippa waħda, li tippermetti soluzzjonijiet kompatti u kosteffikaċi. Dan l-artikolu se jesplora modulatur IQ tas-silikon imrażżan mill-ġdid 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). Kompost minn tliet GESI EAM u tliet shifters tal-fażi ottika termo, li jadottaw konfigurazzjoni simmetrika. Id-dawl tal-input huwa akkoppjat fiċ-ċippa permezz ta 'coupler tal-ħakk (GC) u maqsum b'mod uniformi fi tliet mogħdijiet permezz ta' interferometru multimode 1 × 3 (MMI). Wara li tgħaddi mill-modulatur u s-shifter tal-fażi, id-dawl jiġi rikombinat minn 1 × 3 MMI ieħor u mbagħad akkoppjat ma 'fibra ta' mod wieħed (SSMF).

Figura 1: (a) Immaġni mikroskopika tal-modulatur IQ; (b) - (d) EO S21, l-ispettru tal-proporzjon ta 'estinzjoni, u t-trasmittanza ta' GESI EAM wieħed; (e) dijagramma skematika tal-modulatur IQ u fażi ottika korrispondenti ta 'shifter tal-fażi; (f) Rappreżentanza ta 'soppressjoni tat-trasportatur fuq il-pjan kumpless. Kif muri fil-Figura 1 (b), Gesi EAM għandu wisa 'tal-frekwenza elettro-ottika wiesgħa. Figura 1 (b) kejjel il-parametru S21 ta 'struttura ta' test GESI EAM waħda bl-użu ta 'analizzatur ta' komponenti ottiċi ta '67 GHz (LCA). Figuri 1 (c) u 1 (d) rispettivament juru l-ispettri tal-proporzjon ta 'estinzjoni statika (ER) f'voltaġġi DC differenti u t-trasmissjoni f'tul ta' mewġa ta '1555 nanometri.
Kif muri fil-Figura 1 (e), il-karatteristika ewlenija ta 'dan id-disinn hija l-abbiltà li trażżan it-trasportaturi ottiċi billi taġġusta l-fażi integrata ta' shifter 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 b'veloċità għolja huwa muri fil-Figura 2 (a). Ġeneratur tal-forma tal-mewġ arbitrarja (KeySight M8194A) jintuża bħala s-sors tas-sinjal, u żewġ amplifikaturi RF imqabbla ma 'fażi ta' 60 GHz (bi tees ta 'preġudizzju integrat) jintużaw bħala sewwieqa tal-modulatur. Il-vultaġġ ta 'preġudizzju ta' GESI EAM huwa -2.5 V, u kejbil RF imqabbel ma 'fażi jintuża biex jimminimizza nuqqas ta' qbil tal-fażi elettrika bejn il-kanali I u Q.
Figura 2: (a) Twaqqif sperimentali ta 'veloċità għolja, (b) soppressjoni tat-trasportatur f'70 GBAUD, (c) Rata ta' żball u rata ta 'dejta, (d) Kostellazzjoni f'70 GBAUD. Uża laser tal-kavità esterna kummerċjali (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 doped Erbium(EDFA) Biex tikkumpensa għal telf ta 'akkoppjar fuq iċ-ċippa u telf ta' inserzjoni ta 'modulatur.
Fit-tarf li jirċievi, analizzatur tal-ispettru ottiku (OSA) jimmonitorja l-ispettru tas-sinjal u t-trażżin tat-trasportatur, kif muri fil-Figura 2 (b) għal sinjal ta '70 GBAUD. Uża riċevitur koerenti ta 'polarizzazzjoni doppja biex tirċievi sinjali, li tikkonsisti minn mixer ottiku ta' 90 grad u erba 'Photodiodes bilanċjati ta '40 GHz, u huwa konness ma 'oxxilloskopju ta' 33 GHz, 80 GSA / S f'ħin reali (RTO) (KeySight DSOZ634A). It-tieni sors ECL b'wisa 'ta' 100 kHz jintuża bħala oxxillatur lokali (LO). Minħabba t-trasmettitur li jopera taħt kondizzjonijiet ta 'polarizzazzjoni singoli, żewġ kanali elettroniċi biss jintużaw għal konverżjoni analoga għal diġitali (ADC). Id-dejta hija rreġistrata fuq RTO u pproċessata bl-użu ta 'proċessur tas-sinjal 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 il-kundizzjonijiet ta 'korrezzjoni ta' żbalji 'l quddiem ta' 7% (HD-FEC), ir-rata tista 'tilħaq 140 GB / s; Taħt il-kundizzjoni ta '20% ta 'Korrezzjoni ta' Żball ta 'Deċiżjoni Soft (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-wisa 'tal-frekwenza ta' l-oxxilloskopju ta '33 GHz, li huwa ekwivalenti għal wisa' tal-frekwenza ta 'sinjal ta' madwar 66 GBAUD.

Kif muri fil-Figura 2 (b), it-tliet struttura tad-driegħ tista 'effettivament trażżan it-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 toni ta' trasportatur biex jirkupraw sinjali, bħal riċevituri ta 'Kramer Kronig (KK). It-trasportatur jista 'jiġi aġġustat permezz ta' shifter tal-fażi tad-driegħ ċentrali biex jinkiseb il-proporzjon tat-trasportatur mixtieq għall-ġenb (CSR).
Vantaġġi u Applikazzjonijiet
Meta mqabbel mal-modulaturi tradizzjonali ta 'Mach Zehnder (Modulaturi MZM) u modulaturi oħra tal-IQ optoelettroniċi bbażati fuq is-silikon, il-modulatur IQ tas-silikon propost għandu vantaġġi multipli. L-ewwelnett, huwa kompatt fid-daqs, aktar minn 10 darbiet iżgħar mill-modulaturi IQ ibbażati fuqModulaturi Mach Zehnder(eskluża pads tat-twaħħil), u b'hekk tiżdied id-densità tal-integrazzjoni u tnaqqas iż-żona taċ-ċippa. It-tieni nett, id-disinn tal-elettrodi f'munzelli ma jeħtieġx l-użu ta 'resistors terminali, u b'hekk tnaqqas il-kapaċitanza tal-apparat u l-enerġija għal kull bit. It-tielet nett, il-kapaċità ta 'soppressjoni tat-trasportatur timmassimizza t-tnaqqis tal-qawwa tat-trasmissjoni, u tkompli ttejjeb l-effiċjenza fl-enerġija.
Barra minn hekk, il-wisa 'tal-frekwenza ottika ta' GESI EAM hija wiesgħa ħafna ('il fuq minn 30 nanometru), li telimina l-ħtieġa għal ċirkwiti u proċessuri ta' kontroll ta 'feedback b'ħafna kanali biex jistabbilizzaw u jissinkronizzaw ir-reżonanza ta' modulaturi ta 'microwave (MRMs), u b'hekk tissimplifika d-disinn.
Dan il-modulatur tal-IQ kompatt u effiċjenti huwa adattat ħafna għall-ġenerazzjoni li jmiss, għadd għoli ta 'kanali, u transceivers koerenti żgħar fiċ-ċentri tad-dejta, li jippermettu kapaċità ogħla u komunikazzjoni ottika aktar effiċjenti fl-enerġija.
Il-modulatur IQ tas-silikon imrażżan tat-trasportatur juri prestazzjoni eċċellenti, b'rata ta 'trasmissjoni ta' data sa 150 GB / s taħt 20% kundizzjonijiet SD-FEC. L-istruttura kompatta ta '3 driegħ ibbażata fuq GESI EAM għandha vantaġġi sinifikanti f'termini ta' impronta, effiċjenza fl-enerġija, u s-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 ta' Kramer Kronig (KK) għal transceivers koerenti kompatti b'linja multi. Il-kisbiet murija jmexxu r-realizzazzjoni ta 'transceivers ottiċi integrati ħafna u effiċjenti biex jissodisfaw id-domanda dejjem tikber għal komunikazzjoni ta' dejta ta 'kapaċità għolja fiċ-ċentri tad-dejta u oqsma oħra.