Nagysebességű koherens kommunikációhoz, kompakt szilícium-alapú optoelektronikus IQ modulátorhoz

Kompakt szilícium-alapú optoelektronikusIQ modulátornagysebességű koherens kommunikációhoz
Az adatközpontokban a magasabb adatátviteli sebességek és az energiahatékonyabb adószolgáltatók növekvő kereslete elősegítette a kompakt nagy teljesítmény kialakulásátoptikai modulátorok- A szilícium alapú optoelektronikus technológia (SIPH) ígéretes platformmá vált a különféle fotonikus komponensek egyetlen chipre történő integrálására, lehetővé téve a kompakt és költséghatékony megoldásokat. Ez a cikk feltárja egy új hordozó elnyomott Szilícium IQ modulátort GESI EAM -ek alapján, amelyek akár 75 GBAUD frekvencián is működhetnek.
Eszköztervezés és jellemzők
A javasolt IQ modulátor kompakt három karszerkezetet alkalmaz, amint az az 1. ábra (a) ábrán látható. Három GESI EAM és három Thermo optikai fázisváltóból áll, amelyek szimmetrikus konfigurációt fogadnak el. A bemeneti lámpát egy rácsos csatlakozón (GC) kapcsolták a chipbe, és egyenletesen három útra osztják az 1x3 multimódusú interferométerrel (MMI). A modulátoron és a fázisváltónak áthaladása után a fényt újabb 1 × 3 MMI-vel rekombinálják, majd egy üzemmódú rosthoz (SSMF) kapcsázzuk.

1. ábra: (a) Az IQ modulátor mikroszkopikus képe; (B) - (D) EO S21, Extinkciós arány spektruma és egyetlen GESI EAM transzmittanciája; e) az IQ modulátor vázlatos diagramja és a fázisváltó megfelelő optikai fázisa; f) A hordozó elnyomásának ábrázolása a komplex síkon. Amint az az 1. ábra (b) ábrán látható, a GESI EAM széles elektro-optikai sávszélességgel rendelkezik. Az 1 (b) ábra az egyetlen GESI EAM tesztszerkezet S21 paraméterét mérte egy 67 GHz -es optikai komponens analizátor (LCA) alkalmazásával. Az 1 (c) és az 1. (d) ábra a statikus extinkciós arány (ER) spektrumokat ábrázolja különböző egyenáramú feszültségen, és az átvitelt 1555 nanométer hullámhosszon.
Amint az az 1. ábra (E) ábrán látható, ennek a kialakításnak a fő jellemzője az optikai hordozók elnyomása az integrált fázisváltó beállításával a középső karban. A felső és az alsó karok közötti fáziskülönbség π/2, amelyet komplex hangoláshoz használnak, míg a középső kar közötti fáziskülönbség -3 π/4. Ez a konfiguráció lehetővé teszi a hordozó pusztító interferenciáját, amint azt az 1. ábra f) pontjának komplex síkjában mutatják.
Kísérleti beállítás és eredmények
A nagysebességű kísérleti beállítást a 2. (a) ábra mutatja. Egy tetszőleges hullámforma -generátort (Keysight M8194A) használnak jelforrásként, és két 60 GHz -es fázisú RF erősítőt (integrált torzítású pólókkal) használnak modulátor -illesztőprogramokként. A GESI EAM torzulási feszültsége -2,5 V, és egy fázisú RF -kábelt használunk az I és Q csatornák közötti elektromos fázis -eltérés minimalizálására.
2. ábra: (a) Nagysebességű kísérleti beállítás, (b) A hordozó szuppressziója 70 GBAUD, c) hibaarány és adatsebesség, (D) konstelláció 70 GBAUD -nál. Használjon egy kereskedelmi külső üreg lézert (ECL), amelynek vonalszélessége 100 kHz, hullámhossz 1555 nm, és 12 dBm teljesítményű, mint optikai hordozó. A moduláció után az optikai jelet egyerbium-adalékolt rosterősítő(EDFA) A chip-kapcsolási veszteségek és a modulátor beillesztési veszteségeinek kompenzálása érdekében.
A fogadó végén egy optikai spektrum -analizátor (OSA) figyeli a jel spektrumát és a hordozó szuppresszióját, amint azt a 2. (b) ábra mutatja egy 70 GBAUD jelnél. Használjon egy kettős polarizációs koherens vevőt a jelek fogadásához, amely 90 fokos optikai keverőből és négyből áll40 GHz -es kiegyensúlyozott fotodiódok, és egy 33 GHz-es, 80 GSA/s valós idejű oszcilloszkóphoz (RTO) (Keysight DSOZ634A) kapcsolódik. A második ECL -forrást, amelynek vonalszélessége 100 kHz, helyi oszcillátorként (LO) használják. Az egyszeri polarizációs körülmények között működő adó miatt csak két elektronikus csatornát használnak analóg-digitális átalakításhoz (ADC). Az adatokat az RTO -n rögzítik és offline digitális jelprocesszor (DSP) segítségével dolgozják fel.
Amint a 2. (C) ábrán látható, az IQ modulátort QPSK modulációs formátummal teszteltük 40 GBAUD -tól 75 GBAUD -ig. Az eredmények azt mutatják, hogy 7% -ban a kemény döntéshozatali hibajavítás (HD-FEC) feltételei szerint a sebesség elérheti a 140 GB/s-ot; 20% lágy döntéshozatali hibajavítás (SD-FEC) esetén a sebesség elérheti a 150 GB/s-ot. A konstellációs diagramot 70 GBAUD -nál a 2. ábra mutatja. Az eredményt korlátozza a 33 GHz -es oszcilloszkóp sávszélessége, amely megegyezik a körülbelül 66 GBAUD jel sávszélességgel.

Amint a 2. (b) ábrán látható, a három karszerkezet hatékonyan elnyomhatja az optikai hordozókat, a 30 dB -ot meghaladó takarási sebességgel. Ez a struktúra nem igényel a hordozó teljes elnyomását, és olyan vevőkön is használható, amelyekhez a vivőhangok a jelek helyreállításához, például a Kramer Kronig (KK) vevőkészülékekhez szükségesek. A hordozó beállítható egy központi karfázis -váltón keresztül, hogy elérje a kívánt hordozó és az oldalsáv arányát (CSR).
Előnyök és alkalmazások
Összehasonlítva a hagyományos Mach Zehnder modulátorokkal (MZM modulátorok) és más szilícium-alapú optoelektronikus IQ modulátorok, a javasolt Szilícium IQ modulátornak több előnye van. Először is, kompakt méretű, több mint tízszer kisebb, mint az IQ modulátorok alapjánMach Zehnder modulátorok(A kötőpárnák kivételével), ezáltal növelve az integrációs sűrűségt és csökkenti a chipterületet. Másodszor, a halmozott elektróda kialakításához nem igényel a terminális ellenállások használatát, ezáltal csökkentve az eszköz kapacitását és az energiát egy bitenként. Harmadszor, a hordozó elnyomásképessége maximalizálja az átviteli teljesítmény csökkentését, tovább javítva az energiahatékonyságot.
Ezenkívül a GESI EAM optikai sávszélessége nagyon széles (több mint 30 nanométer), amely kiküszöböli a többcsatornás visszacsatoló vezérlő áramkörök és a processzorok szükségességét a mikrohullámú modulátorok (MRMS) stabilizálására és szinkronizálására, ezáltal egyszerűsítve a formatervezést.
Ez a kompakt és hatékony IQ modulátor nagyon alkalmas a következő generációra, a magas csatornaszámra és az adatközpontokban a kis koherens adó-vevőkre, lehetővé téve a nagyobb kapacitást és az energiahatékonyabb optikai kommunikációt.
A hordozó elnyomott szilícium IQ modulátor kiváló teljesítményt mutat, az adatátviteli sebesség akár 150 GB/s-ig is 20% SD-FEC körülmények között. A GESI EAM-en alapuló, kompakt, 3 kar-szerkezetének jelentős előnyei vannak a lábnyom, az energiahatékonyság és a tervezési egyszerűség szempontjából. Ez a modulátor képes elnyomni vagy beállítani az optikai hordozót, és integrálható a koherens detektáló és a Kramer Kronig (KK) detektálási sémákkal a multi -line kompakt koherens adó -vevőkhöz. A bemutatott eredmények elősegítik a magasan integrált és hatékony optikai adó-vevők megvalósítását, hogy megfeleljenek az adatközpontokban és más területeken a nagy kapacitású adatkommunikáció iránti növekvő igénynek.