Kompakt silisiumbasert optoelektroniskIQ -modulatorfor høyhastighets sammenhengende kommunikasjon
Den økende etterspørselen etter høyere dataoverføringshastigheter og mer energieffektive sendere i datasentre har drevet utviklingen av kompakt høy ytelseOptiske modulatorer. Silisiumbasert optoelektronisk teknologi (SIPH) har blitt en lovende plattform for å integrere forskjellige fotoniske komponenter på en enkelt brikke, noe som muliggjør kompakte og kostnadseffektive løsninger. Denne artikkelen vil utforske en ny transportør undertrykt Silicon IQ -modulator basert på Gesi Eams, som kan fungere med en frekvens på opptil 75 Gbaud.
Enhetsdesign og egenskaper
Den foreslåtte IQ -modulatoren vedtar en kompakt tre armstruktur, som vist i figur 1 (a). Sammensatt av tre gesi eam og tre termo optiske faseskiftere, ved å ta i bruk en symmetrisk konfigurasjon. Inngangslyset er koblet inn i brikken gjennom en ristekobling (GC) og fordelt jevnt inn i tre stier gjennom et 1 × 3 multimodeinterferometer (MMI). Etter å ha passert gjennom modulatoren og faseskifteren, rekombineres lyset med ytterligere 1 × 3 mmi og deretter koblet til en enkeltmodus fiber (SSMF).
Figur 1: (a) mikroskopisk bilde av IQ -modulator; (b) - (d) EO S21, utryddelsesforholdsspekter og transmittans av en enkelt gesi eam; (e) Skjematisk diagram over IQ -modulator og tilsvarende optisk fase av faseskifter; (f) Representasjon for bærer undertrykkelse på det komplekse planet. Som vist i figur 1 (b) har Gesi Eam en bred elektrooptisk båndbredde. Figur 1 (b) målte S21 -parameteren til en enkelt GESI EAM -teststruktur ved bruk av en 67 GHz optisk komponentanalysator (LCA). Figur 1 (c) og 1 (d) viser henholdsvis det statiske utryddelsesforholdet (ER) spektre ved forskjellige likestrømsspenninger og overføringen ved en bølgelengde på 1555 nanometer.
Som vist i figur 1 (e), er hovedtrekket i denne designen muligheten til å undertrykke optiske bærere ved å justere den integrerte faseskifteren i midtrearmen. Faseforskjellen mellom øvre og nedre arm er π/2, brukt for kompleks innstilling, mens faseforskjellen mellom midtre arm er -3 π/4. Denne konfigurasjonen muliggjør destruktiv interferens til transportøren, som vist i det komplekse planet i figur 1 (f).
Eksperimentelt oppsett og resultater
Det eksperimentelle oppsettet med høy hastighet er vist i figur 2 (a). En vilkårlig bølgeformgenerator (Keysight M8194A) brukes som signalkilde, og to 60 GHz -fasematchede RF -forsterkere (med integrerte skjevheter) brukes som modulatordrivere. Forspenningsspenningen til gesi eam er -2,5 V, og en fasematchet RF -kabel brukes til å minimere feil i elektrisk fase mellom I- og Q -kanalene.
Figur 2: (a) Høyhastighets eksperimentelt oppsett, (b) Carrier -undertrykkelse ved 70 Gbaud, (c) Feilhastighet og datahastighet, (d) Konstellasjon ved 70 GBAUD. Bruk en kommersiell ekstern hulromslaser (ECL) med en linjebredde på 100 kHz, bølgelengde på 1555 nm og kraft på 12 dBm som den optiske bæreren. Etter modulasjon forsterkes det optiske signalet ved bruk av enErbium-dopet fiberforsterker(EDFA) for å kompensere for tap på chip-kobling og tap av modulatorinnsetting.
Ved den mottakende enden overvåker en optisk spektrumanalysator (OSA) signalspekteret og bærerundertrykkelsen, som vist i figur 2 (b) for et 70 GBAUD -signal. Bruk en dobbel polarisasjons sammenhengende mottaker for å motta signaler, som består av en 90 graders optisk mikser og fire40 GHz balanserte fotodioder, og er koblet til et 33 GHz, 80 GSA/s sanntids oscilloskop (RTO) (Keysight DSOZ634A). Den andre ECL -kilden med en linjebredde på 100 kHz brukes som en lokal oscillator (LO). På grunn av senderen som opererer under enkeltpolarisasjonsbetingelser, brukes bare to elektroniske kanaler for analog-til-digital konvertering (ADC). Dataene blir registrert på RTO og behandlet ved hjelp av en offline digital signalprosessor (DSP).
Som vist i figur 2 (c) ble IQ -modulatoren testet ved bruk av QPSK -modulasjonsformat fra 40 Gbaud til 75 Gbaud. Resultatene indikerer at under 7% hard beslutning fremover feilkorreksjon (HD-FEC) -forhold, kan hastigheten nå 140 GB/s; Under betingelse av 20% myk beslutning fremover feilkorreksjon (SD-FEC), kan hastigheten nå 150 GB/s. Konstellasjonsdiagrammet ved 70 Gbaud er vist i figur 2 (d). Resultatet er begrenset av oscilloskopbåndbredden på 33 GHz, noe som tilsvarer en signalbåndbredde på omtrent 66 Gbaud.
Som vist i figur 2 (b), kan den tre armstrukturen effektivt undertrykke optiske bærere med en blankingshastighet som overstiger 30 dB. Denne strukturen krever ikke fullstendig undertrykkelse av transportøren og kan også brukes i mottakere som krever transportør toner for å gjenopprette signaler, for eksempel Kramer Kronig (KK) mottakere. Bæreren kan justeres gjennom en sentral armfaseskifter for å oppnå ønsket transportør til sidebåndforhold (CSR).
Fordeler og applikasjoner
Sammenlignet med tradisjonelle Mach Zehnder -modulatorer (MZM -modulatorer) og andre silisiumbaserte optoelektroniske IQ-modulatorer, den foreslåtte silisium IQ-modulatoren har flere fordeler. For det første er den kompakt i størrelse, mer enn 10 ganger mindre enn IQ -modulatorer basert påMach Zehnder -modulatorer(unntatt bindingsputer), og øker dermed integrasjonstettheten og reduserer brikkeområdet. For det andre krever den stablede elektrodeutformingen ikke bruk av terminalmotstander, og reduserer dermed enhetens kapasitans og energi per bit. For det tredje maksimerer transportørens undertrykkelsesevne reduksjonen av overføringskraft, noe som forbedrer energieffektiviteten ytterligere.
I tillegg er den optiske båndbredden til gesi eam veldig bred (over 30 nanometer), og eliminerer behovet for flerkanals tilbakemeldingskontrollkretser og prosessorer for å stabilisere og synkronisere resonansen av mikrobølgemodulatorer (MRM), og dermed forenkle designen.
Denne kompakte og effektive IQ-modulatoren er svært egnet for neste generasjons, høykanalantall og små sammenhengende transceivere i datasentre, noe som muliggjør høyere kapasitet og mer energieffektiv optisk kommunikasjon.
Bæreren undertrykte silisium IQ-modulator viser utmerket ytelse, med en dataoverføringshastighet på opptil 150 GB/s under 20% SD-FEC-forhold. Den kompakte 3-armstrukturen basert på Gesi EAM har betydelige fordeler når det gjelder fotavtrykk, energieffektivitet og design enkelhet. Denne modulatoren har muligheten til å undertrykke eller justere den optiske bæreren og kan integreres med sammenhengende deteksjon og Kramer Kronig (KK) deteksjonsordninger for multi -linjer kompakte sammenhengende transceivere. De demonstrerte prestasjonene driver realiseringen av svært integrerte og effektive optiske transcendere for å dekke den økende etterspørselen etter datakommunikasjon med høy kapasitet i datasentre og andre felt.
Post Time: Jan-21-2025