Compact optoelectroneg seiliedig ar siliconmodulator IQar gyfer cyfathrebu cydlynol cyflym
Mae'r galw cynyddol am gyfraddau trosglwyddo data uwch a throsglwyddyddion mwy ynni-effeithlon mewn canolfannau data wedi gyrru datblygiad cryno-berfformiad uchel.modulators optegol. Mae technoleg optoelectroneg sy'n seiliedig ar silicon (SiPh) wedi dod yn llwyfan addawol ar gyfer integreiddio gwahanol gydrannau ffotonig i un sglodyn, gan alluogi datrysiadau cryno a chost-effeithiol. Bydd yr erthygl hon yn archwilio modulator IQ silicon wedi'i atal gan gludwr newydd yn seiliedig ar GeSi EAMs, a all weithredu ar amlder hyd at 75 Gbaud.
Dyluniad a nodweddion dyfais
Mae'r modulator IQ arfaethedig yn mabwysiadu strwythur tair braich cryno, fel y dangosir yn Ffigur 1 (a). Yn cynnwys tri GeSi EAM a thri shifftiwr cam optegol thermo, gan fabwysiadu cyfluniad cymesur. Mae'r golau mewnbwn yn cael ei gyplysu â'r sglodyn trwy gyplydd gratio (GC) a'i rannu'n gyfartal yn dri llwybr trwy interferomedr amlfodd 1 × 3 (MMI). Ar ôl pasio trwy'r modulator a'r symudwr cam, caiff y golau ei ailgyfuno gan 1 × 3 MMI arall ac yna ei gyplysu â ffibr un modd (SSMF).
Ffigur 1: (a) Delwedd ficrosgopig o modulator IQ; (b) – (d) EO S21, sbectrwm cymhareb difodiant, a thrawsyriant EAM GeSi sengl; (d) Diagram sgematig o'r modulator IQ a'r cam optegol cyfatebol o symudydd gwedd; (f) Cynrychioliad atal cludwr ar yr awyren gymhleth. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae gan GeSi EAM lled band electro-optig eang. Mesurodd Ffigur 1 (b) baramedr S21 un strwythur prawf EAM GeSi gan ddefnyddio dadansoddwr cydrannau optegol 67 GHz (LCA). Mae Ffigurau 1(c) ac 1(d) yn eu tro yn dangos y gymhareb difodiant statig (ER) sbectra ar wahanol folteddau DC a'r trawsyriant ar donfedd o 1555 nanometr.
Fel y dangosir yn Ffigur 1 (e), prif nodwedd y dyluniad hwn yw'r gallu i atal cludwyr optegol trwy addasu'r symudydd cam integredig yn y fraich ganol. Y gwahaniaeth cyfnod rhwng y breichiau uchaf ac isaf yw π/2, a ddefnyddir ar gyfer tiwnio cymhleth, tra bod y gwahaniaeth cam rhwng y fraich ganol yn -3 π/4. Mae'r cyfluniad hwn yn caniatáu ymyrraeth ddinistriol i'r cludwr, fel y dangosir yn yr awyren gymhleth yn Ffigur 1 (f).
Gosodiad a chanlyniadau arbrofol
Dangosir y gosodiad arbrofol cyflym yn Ffigur 2 (a). Defnyddir generadur tonffurf mympwyol (Keysight M8194A) fel ffynhonnell y signal, a defnyddir dau fwyhadur RF cyfatebol cyfnod 60 GHz (gyda thees rhagfarn integredig) fel gyrwyr modulator. Foltedd gogwydd GeSi EAM yw -2.5 V, a defnyddir cebl RF cyfatebol fesul cam i leihau anghydweddiad cyfnod trydanol rhwng y sianeli I a Q.
Ffigur 2: (a) Gosodiad arbrofol cyflymder uchel, (b) Ataliad cludwr ar 70 Gbaud, (c) Cyfradd gwallau a chyfradd data, (d) Constellation ar 70 Gbaud. Defnyddiwch laser ceudod allanol masnachol (ECL) gyda linewidth o 100 kHz, tonfedd o 1555 nm, a phŵer o 12 dBm fel y cludwr optegol. Ar ôl modiwleiddio, caiff y signal optegol ei chwyddo gan ddefnyddio anmwyhadur ffibr wedi'i dopio erbium(EDFA) i wneud iawn am golledion cyplu ar sglodion a cholledion gosod modulator.
Ar y pen derbyn, mae Dadansoddwr Sbectrwm Optegol (OSA) yn monitro'r sbectrwm signal ac ataliad cludwr, fel y dangosir yn Ffigur 2 (b) ar gyfer signal 70 Gbaud. Defnyddiwch dderbynnydd cydlynol polareiddio deuol i dderbyn signalau, sy'n cynnwys cymysgydd optegol 90 gradd a phedwarFfotodiodes cytbwys 40 GHz, ac mae wedi'i gysylltu ag osgilosgop amser real 33 GHz, 80 GSa/s (RTO) (Keysight DSOZ634A). Mae'r ail ffynhonnell ECL gyda llinell newid o 100 kHz yn cael ei ddefnyddio fel osgiliadur lleol (LO). Oherwydd bod y trosglwyddydd yn gweithredu o dan amodau polareiddio sengl, dim ond dwy sianel electronig a ddefnyddir ar gyfer trosi analog-i-ddigidol (ADC). Mae'r data'n cael ei gofnodi ar RTO a'i brosesu gan ddefnyddio prosesydd signal digidol all-lein (DSP).
Fel y dangosir yn Ffigur 2 (c), profwyd y modulator IQ gan ddefnyddio fformat modiwleiddio QPSK o 40 Gbaud i 75 Gbaud. Mae'r canlyniadau'n dangos, o dan amodau cywiro gwall penderfyniad ymlaen llaw (HD-FEC) o 7%, y gall y gyfradd gyrraedd 140 Gb/s; O dan gyflwr cywiro gwall penderfyniad ymlaen llaw 20% (SD-FEC), gall y cyflymder gyrraedd 150 Gb / s. Dangosir y diagram cytser ar 70 Gbaud yn Ffigur 2 (d). Mae'r canlyniad wedi'i gyfyngu gan led band osgilosgop o 33 GHz, sy'n cyfateb i led band signal o tua 66 Gbaud.
Fel y dangosir yn Ffigur 2 (b), gall y strwythur tair braich atal cludwyr optegol yn effeithiol gyda chyfradd blancio sy'n fwy na 30 dB. Nid oes angen atal y cludwr yn llwyr ar y strwythur hwn a gellir ei ddefnyddio hefyd mewn derbynyddion sy'n gofyn am arlliwiau cludo i adennill signalau, megis derbynyddion Kramer Kronig (KK). Gellir addasu'r cludwr trwy symudydd cam braich canolog i gyflawni'r gymhareb cludwr i fand ochr (CSR) a ddymunir.
Manteision a Cheisiadau
O'i gymharu â modulators Mach Zehnder traddodiadol (MZM modulators) a modulators IQ optoelectroneg eraill sy'n seiliedig ar silicon, mae gan y modulator IQ silicon arfaethedig fanteision lluosog. Yn gyntaf, mae'n gryno o ran maint, fwy na 10 gwaith yn llai na modulators IQ yn seiliedig arModulators Mach Zehnder(ac eithrio padiau bondio), gan gynyddu dwysedd integreiddio a lleihau arwynebedd sglodion. Yn ail, nid yw'r dyluniad electrod wedi'i bentyrru yn gofyn am ddefnyddio gwrthyddion terfynell, a thrwy hynny leihau cynhwysedd dyfeisiau ac egni fesul tipyn. Yn drydydd, mae gallu atal y cludwr yn gwneud y mwyaf o ostyngiad mewn pŵer trosglwyddo, gan wella effeithlonrwydd ynni ymhellach.
Yn ogystal, mae lled band optegol GeSi EAM yn eang iawn (dros 30 nanometr), gan ddileu'r angen am gylchedau rheoli adborth aml-sianel a phroseswyr i sefydlogi a chydamseru cyseiniant modulators microdon (MRMs), a thrwy hynny symleiddio'r dyluniad.
Mae'r modulator IQ cryno ac effeithlon hwn yn addas iawn ar gyfer y genhedlaeth nesaf, cyfrif sianel uchel, a throsglwyddyddion cydlynol bach mewn canolfannau data, gan alluogi gallu uwch a chyfathrebu optegol mwy ynni-effeithlon.
Mae'r modulator IQ silicon wedi'i atal yn dangos perfformiad rhagorol, gyda chyfradd trosglwyddo data o hyd at 150 Gb/s o dan amodau SD-FEC 20%. Mae gan ei strwythur cryno 3 braich yn seiliedig ar GeSi EAM fanteision sylweddol o ran ôl troed, effeithlonrwydd ynni, a symlrwydd dylunio. Mae gan y modulator hwn y gallu i atal neu addasu'r cludwr optegol a gellir ei integreiddio â chynlluniau canfod cydlynol a chynlluniau canfod Kramer Kronig (KK) ar gyfer trosglwyddyddion cydlynol cryno aml-linell. Mae'r cyflawniadau a ddangosir yn gyrru gwireddu trosglwyddyddion optegol hynod integredig ac effeithlon i ateb y galw cynyddol am gyfathrebu data gallu uchel mewn canolfannau data a meysydd eraill.
Amser post: Ionawr-21-2025