Compact na silikon na nakabatay sa optoelectronicIQ Modulatorpara sa high-speed coherent na komunikasyon
Ang pagtaas ng demand para sa mas mataas na mga rate ng paghahatid ng data at mas maraming mga transceiver ng enerhiya sa mga sentro ng data ay nagtulak sa pagbuo ng compact high-performanceOptical Modulators. Ang Silicon Based Optoelectronic Technology (SIPH) ay naging isang promising platform para sa pagsasama ng iba't ibang mga sangkap ng photonic sa isang solong chip, na nagpapagana ng mga compact at epektibong solusyon. Ang artikulong ito ay galugarin ang isang nobelang carrier na pinigilan ang Silicon IQ modulator batay sa GESI EAMS, na maaaring gumana sa dalas ng hanggang sa 75 Gbaud.
Disenyo ng aparato at mga katangian
Ang iminungkahing IQ modulator ay nagpatibay ng isang compact na tatlong istraktura ng braso, tulad ng ipinapakita sa Figure 1 (a). Binubuo ng tatlong GESI EAM at tatlong thermo optical phase shifter, na nagpatibay ng isang simetriko na pagsasaayos. Ang ilaw ng input ay kaisa sa chip sa pamamagitan ng isang grating coupler (GC) at pantay na nahahati sa tatlong mga landas sa pamamagitan ng isang 1 × 3 multimode interferometer (MMI). Matapos dumaan sa modulator at phase shifter, ang ilaw ay na-recombined ng isa pang 1 × 3 mmi at pagkatapos ay kaisa sa isang solong-mode na hibla (SSMF).
Larawan 1: (a) Larawan ng mikroskopiko ng IQ Modulator; . (e) diagram ng eskematiko ng IQ modulator at kaukulang optical phase ng phase shifter; (f) Ang representasyon ng pagsugpo sa carrier sa kumplikadong eroplano. Tulad ng ipinapakita sa Figure 1 (b), ang Gesi EAM ay may malawak na bandwidth ng electro-optic. Sinusukat ng Figure 1 (b) ang parameter ng S21 ng isang solong istraktura ng pagsubok ng GESI EAM gamit ang isang 67 GHz optical na sangkap na analyzer (LCA). Ang mga figure 1 (c) at 1 (d) ayon sa pagkakabanggit ay naglalarawan ng static extinction ratio (ER) spectra sa iba't ibang mga boltahe ng DC at ang paghahatid sa isang haba ng haba ng 1555 nanometer.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 1 (e), ang pangunahing tampok ng disenyo na ito ay ang kakayahang sugpuin ang mga optical carriers sa pamamagitan ng pag -aayos ng integrated phase shifter sa gitnang braso. Ang pagkakaiba sa phase sa pagitan ng itaas at mas mababang mga braso ay π/2, na ginagamit para sa kumplikadong pag -tune, habang ang pagkakaiba sa phase sa pagitan ng gitnang braso ay -3 π/4. Ang pagsasaayos na ito ay nagbibigay -daan para sa mapanirang pagkagambala sa carrier, tulad ng ipinapakita sa kumplikadong eroplano ng Figure 1 (f).
Eksperimentong pag -setup at mga resulta
Ang high-speed eksperimentong pag-setup ay ipinapakita sa Figure 2 (a). Ang isang di -makatwirang generator ng alon (Keysight M8194A) ay ginagamit bilang mapagkukunan ng signal, at dalawang 60 GHz phase na tumutugma sa RF amplifier (na may integrated bias tees) ay ginagamit bilang mga driver ng modulator. Ang bias boltahe ng GESI EAM ay -2.5 V, at ang isang phase na naitugma sa RF cable ay ginagamit upang mabawasan ang mismatch phase mismatch sa pagitan ng mga channel ng I at Q.
Larawan 2: (a) Mataas na bilis ng pag -setup ng bilis, (b) pagsugpo sa carrier sa 70 gbaud, (c) rate ng error at rate ng data, (d) konstelasyon sa 70 gbaud. Gumamit ng isang komersyal na panlabas na lukab laser (ECL) na may isang linewidth na 100 kHz, haba ng haba ng 1555 nm, at kapangyarihan ng 12 dBm bilang optical carrier. Pagkatapos ng modulation, ang optical signal ay pinalakas gamit ang isangErbium-doped fiber amplifier.
Sa pagtanggap ng pagtatapos, ang isang optical spectrum analyzer (OSA) ay sinusubaybayan ang signal spectrum at pagsugpo sa carrier, tulad ng ipinapakita sa Figure 2 (b) para sa isang 70 gbaud signal. Gumamit ng isang dual polarization coherent receiver upang makatanggap ng mga signal, na binubuo ng isang 90 degree na optical mixer at apat40 GHz Balanced Photodiodes, at konektado sa isang 33 GHz, 80 GSA/S real-time na oscilloscope (RTO) (Keysight DSOZ634A). Ang pangalawang mapagkukunan ng ECL na may isang linewidth na 100 kHz ay ginagamit bilang isang lokal na oscillator (LO). Dahil sa operating ng transmiter sa ilalim ng solong mga kondisyon ng polariseysyon, dalawang elektronikong channel lamang ang ginagamit para sa analog-to-digital conversion (ADC). Ang data ay naitala sa RTO at naproseso gamit ang isang offline digital signal processor (DSP).
Tulad ng ipinapakita sa Figure 2 (c), ang IQ modulator ay nasubok gamit ang format ng modulation ng QPSK mula 40 GBAUD hanggang 75 GBAUD. Ang mga resulta ay nagpapahiwatig na sa ilalim ng 7% na mahirap na pagpapasya ng error sa pagwawasto ng error (HD-FEC), ang rate ay maaaring umabot sa 140 GB/s; Sa ilalim ng kondisyon ng 20% malambot na pagpapasya ng error na pagwawasto ng error (SD-FEC), ang bilis ay maaaring umabot sa 150 GB/s. Ang diagram ng konstelasyon sa 70 gbaud ay ipinapakita sa Figure 2 (d). Ang resulta ay limitado ng bandwidth ng oscilloscope ng 33 GHz, na katumbas ng isang signal bandwidth na humigit -kumulang na 66 Gbaud.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 2 (b), ang tatlong istraktura ng braso ay maaaring epektibong sugpuin ang mga optical carriers na may isang blangko na rate na higit sa 30 dB. Ang istraktura na ito ay hindi nangangailangan ng kumpletong pagsugpo sa carrier at maaari ring magamit sa mga tagatanggap na nangangailangan ng mga tono ng carrier upang mabawi ang mga signal, tulad ng mga tagatanggap ng Kramer Kronig (KK). Ang carrier ay maaaring nababagay sa pamamagitan ng isang central arm phase shifter upang makamit ang nais na carrier sa sideband ratio (CSR).
Mga kalamangan at aplikasyon
Kumpara sa tradisyonal na mga modulator ng Mach Zehnder (MZM Modulators) at iba pang mga modulators na batay sa silikon na Optoelectronic IQ, ang iminungkahing Silicon IQ Modulator ay may maraming pakinabang. Una, ito ay compact sa laki, higit sa 10 beses na mas maliit kaysa sa mga modulators ng IQ batay saMga Modulator ng Mach Zehnder(hindi kasama ang mga bonding pad), sa gayon ang pagtaas ng density ng pagsasama at pagbabawas ng lugar ng chip. Pangalawa, ang nakasalansan na disenyo ng elektrod ay hindi nangangailangan ng paggamit ng mga resistors ng terminal, sa gayon binabawasan ang kapasidad ng aparato at enerhiya bawat bit. Pangatlo, ang kakayahan ng pagsugpo sa carrier ay nag -maximize ng pagbawas ng lakas ng paghahatid, karagdagang pagpapabuti ng kahusayan ng enerhiya.
Bilang karagdagan, ang optical bandwidth ng GESI EAM ay napakalawak (higit sa 30 nanometer), tinanggal ang pangangailangan para sa mga multi-channel feedback control circuit at processors upang patatagin at i-synchronize ang resonans ng mga modulators ng microwave (MRM), sa gayon pinasimple ang disenyo.
Ang compact at mahusay na IQ modulator na ito ay lubos na angkop para sa susunod na henerasyon, mataas na bilang ng channel, at maliit na magkakaugnay na mga transceiver sa mga sentro ng data, na nagpapagana ng mas mataas na kapasidad at mas mahusay na optical na komunikasyon.
Ang carrier na pinigilan ang Silicon IQ modulator ay nagpapakita ng mahusay na pagganap, na may isang rate ng paghahatid ng data hanggang sa 150 GB/s sa ilalim ng 20% na mga kondisyon ng SD-FEC. Ang compact na 3-braso na istraktura batay sa GESI EAM ay may makabuluhang pakinabang sa mga tuntunin ng bakas ng paa, kahusayan ng enerhiya, at pagiging simple ng disenyo. Ang modulator na ito ay may kakayahang sugpuin o ayusin ang optical carrier at maaaring isama sa magkakaugnay na pagtuklas at mga scheme ng pagtuklas ng Kramer Kronig (KK) para sa mga multi line compact coherent transceiver. Ang ipinakita na mga nakamit ay nagtutulak ng pagsasakatuparan ng lubos na pinagsama at mahusay na mga optical transceiver upang matugunan ang lumalagong demand para sa komunikasyon ng data na may mataas na kapasidad sa mga sentro ng data at iba pang mga larangan.
Oras ng Mag-post: Jan-21-2025