Ar gyfer cyfathrebu cydlynol cyflym

Optoelectroneg wedi'i seilio ar silicon CompactModulator IQar gyfer cyfathrebu cydlynol cyflym
Mae'r galw cynyddol am gyfraddau trosglwyddo data uwch a transceivers mwy effeithlon o ran ynni mewn canolfannau data wedi gyrru datblygiad perfformiad uchel crynoModwleiddwyr Optegol. Mae technoleg optoelectroneg wedi'i seilio ar silicon (SIPH) wedi dod yn llwyfan addawol ar gyfer integreiddio amrywiol gydrannau ffotonig ar 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 EAMs GESI, a all weithredu ar amledd hyd at 75 Gbaud.
Dylunio a Nodweddion Dyfais
Mae'r modulator IQ arfaethedig yn mabwysiadu strwythur tri braich cryno, fel y dangosir yn Ffigur 1 (a). Yn cynnwys tri EAM GESI a thri symudiad cyfnod optegol thermo, gan fabwysiadu cyfluniad cymesur. Mae'r golau mewnbwn wedi'i gyplysu i'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 cyfnod, mae'r golau'n cael ei ailgyfuno gan 1 × 3 mmi arall ac yna ei gyplysu â ffibr un modd (SSMF).

Ffigur 1: (a) Delwedd microsgopig o Modulator IQ; (b) - (ch) EO S21, sbectrwm cymhareb difodiant, a thrawsyriant EAM GESI sengl; (e) Diagram sgematig o modulator IQ a chyfnod optegol cyfatebol symud y cyfnod; (dd) Cynrychiolaeth atal cludwyr ar yr awyren gymhleth. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae gan GESI EAM led band electro-optig eang. Mesurodd Ffigur 1 (b) baramedr S21 strwythur prawf EAM GESI sengl gan ddefnyddio dadansoddwr cydran optegol 67 GHz (LCA). Mae ffigurau 1 (c) ac 1 (d) yn y drefn honno yn darlunio sbectra'r gymhareb difodiant statig (ER) ar wahanol folteddau DC a'r trosglwyddiad 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 symudwr 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 cyfnod rhwng y fraich ganol yn -3 π/4. Mae'r cyfluniad hwn yn caniatáu ar gyfer ymyrraeth ddinistriol i'r cludwr, fel y dangosir yn yr awyren gymhleth yn Ffigur 1 (f).
Gosod a Chanlyniadau Arbrofol
Dangosir y setiad arbrofol cyflym yn Ffigur 2 (a). Defnyddir generadur tonffurf mympwyol (Keysight M8194A) fel ffynhonnell y signal, a defnyddir dau fwyhadur RF sy'n cyfateb i gam 60 GHz (gyda thees gogwydd integredig) fel gyrwyr modulator. Mae foltedd rhagfarn GESI EAM yn -2.5 V, a defnyddir cebl RF sy'n cyfateb i gyfnod i leihau diffyg cyfatebiaeth cyfnod trydanol rhwng y sianeli I a Q.
Ffigur 2: (a) Gosodiad arbrofol cyflym, (b) atal cludwr ar 70 gbaud, (c) cyfradd gwallau a chyfradd data, (ch) cytser ar 70 gbaud. Defnyddiwch laser ceudod allanol masnachol (ECL) gyda lled llinell o 100 kHz, tonfedd o 1555 nm, a phwer 12 dBm fel y cludwr optegol. Ar ôl modiwleiddio, mae'r signal optegol yn cael ei chwyddo gan ddefnyddiomwyhadur ffibr wedi'i dopio erbium(EDFA) i wneud iawn am golledion cyplu ar-sglodion a cholledion mewnosod modulator.
Ar y diwedd derbyn, mae dadansoddwr sbectrwm optegol (OSA) yn monitro'r sbectrwm signal a'r ataliad cludwr, fel y dangosir yn Ffigur 2 (b) ar gyfer signal 70 Gbaud. Defnyddio derbynnydd cydlynol polareiddio deuol i dderbyn signalau, sy'n cynnwys cymysgydd optegol 90 gradd a phedwar40 ghz ffotodiodau cytbwys. Defnyddir yr ail ffynhonnell ECL gyda lled llinell o 100 kHz fel oscillator lleol (LO). Oherwydd y trosglwyddydd sy'n gweithredu o dan amodau polareiddio sengl, dim ond dwy sianel electronig sy'n cael eu defnyddio ar gyfer trosi analog-i-ddigidol (ADC). Cofnodir y data 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 7% o amodau cywiro gwallau ymlaen penderfyniad caled (HD-FEC), y gall y gyfradd gyrraedd 140 GB/s; O dan amod cywiro gwallau penderfyniad meddal 20% (SD-FEC), gall y cyflymder gyrraedd 150 Gb/s. Dangosir y diagram cytser yn 70 gbaud yn Ffigur 2 (d). Mae'r canlyniad wedi'i gyfyngu gan led band osgilosgop 33 GHz, sy'n cyfateb i led band signal o oddeutu 66 gbaud.

Fel y dangosir yn Ffigur 2 (b), gall strwythur y tri 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 sydd angen tonau cludo i adfer signalau, fel derbynyddion Kramer Kronig (KK). Gellir addasu'r cludwr trwy symudiad cyfnod braich canolog i gyflawni'r gymhareb cludwr a ddymunir i fand ochr (CSR).
Manteision a Cheisiadau
O'i gymharu â modwleiddwyr Mach Zehnder traddodiadol (Modwleiddwyr MZM) a modwleiddwyr IQ optoelectroneg eraill sy'n seiliedig ar silicon, mae gan y modulator Silicon IQ arfaethedig luosog. Yn gyntaf, mae'n gryno o ran maint, fwy na 10 gwaith yn llai na modwleiddwyr IQ yn seiliedig arModwleiddwyr Mach Zehnder(ac eithrio padiau bondio), a thrwy hynny gynyddu dwysedd integreiddio a lleihau ardal sglodion. Yn ail, nid oes angen defnyddio gwrthyddion terfynell ar y dyluniad electrod wedi'i bentyrru, a thrwy hynny leihau cynhwysedd ac egni dyfeisiau bob did. Yn drydydd, mae'r gallu atal cludwyr yn gwneud y mwyaf o leihau pŵer trosglwyddo, gan wella effeithlonrwydd ynni ymhellach.
Yn ogystal, mae lled band optegol EAM GESI yn eang iawn (dros 30 nanometr), gan ddileu'r angen am gylchedau rheoli adborth aml-sianel a phroseswyr i sefydlogi a chydamseru cyseiniant modwleiddwyr 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 thransceivers cydlynol bach mewn canolfannau data, gan alluogi capasiti uwch a chyfathrebu optegol mwy effeithlon o ran ynni.
Mae'r cludwr wedi atal Modulator Silicon IQ yn arddangos perfformiad rhagorol, gyda chyfradd trosglwyddo data o hyd at 150 GB/s o dan 20% o amodau SD-FEC. Mae gan ei strwythur 3 braich gryno yn seiliedig ar EAM GESI 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 chanfod cydlynol a chynlluniau canfod Kramer Kronig (KK) ar gyfer transceivers cydlynol cryno aml -linell. Mae'r cyflawniadau a ddangosir yn gyrru gwireddu transceivers optegol integredig ac effeithlon iawn i ateb y galw cynyddol am gyfathrebu data gallu uchel mewn canolfannau data a meysydd eraill.