Optoelectroneg cryno wedi'i seilio ar siliconModiwlydd IQar gyfer cyfathrebu cydlynol cyflym
Mae'r galw cynyddol am gyfraddau trosglwyddo data uwch a thrawsyrwyr mwy effeithlon o ran ynni mewn canolfannau data wedi sbarduno datblygiad peiriannau cryno perfformiad uchel.modiwlyddion optegolMae technoleg optoelectronig sy'n seiliedig ar silicon (SiPh) wedi dod yn blatfform addawol ar gyfer integreiddio gwahanol gydrannau ffotonig ar un sglodion, gan alluogi atebion cryno a chost-effeithiol. Bydd yr erthygl hon yn archwilio modiwleiddiwr IQ silicon ataliedig cludwr newydd yn seiliedig ar EAMs GeSi, a all weithredu ar amledd hyd at 75 Gbaud.
Dyluniad a nodweddion y ddyfais
Mae'r modiwleiddiwr IQ arfaethedig yn mabwysiadu strwythur cryno tair braich, fel y dangosir yn Ffigur 1 (a). Wedi'i wneud o dri GeSi EAM a thri newidydd cyfnod thermo-optegol, gan fabwysiadu cyfluniad cymesur. Mae'r golau mewnbwn yn cael ei gyplysu i'r sglodion trwy gyplydd grating (GC) ac yn cael ei rannu'n gyfartal yn dair llwybr trwy interferomedr amlfodd 1 × 3 (MMI). Ar ôl pasio trwy'r modiwleiddiwr a'r newidydd cyfnod, mae'r golau'n cael ei ailgyfuno gan MMI 1 × 3 arall ac yna'n cael ei gyplysu â ffibr un modd (SSMF).
Ffigur 1: (a) Delwedd microsgopig o fodiwleiddiwr IQ; (b) – (d) EO S21, sbectrwm cymhareb difodiant, a throsglwyddiad un EAM GeSi; (e) Diagram sgematig o fodiwleiddiwr IQ a'r cyfnod optegol cyfatebol o newidydd cyfnod; (f) Cynrychiolaeth atal cludwr ar y plân cymhleth. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae gan GeSi EAM led band electro-optig eang. Mesurodd Ffigur 1 (b) baramedr S21 strwythur prawf GeSi EAM sengl gan ddefnyddio dadansoddwr cydrannau optegol (LCA) 67 GHz. Mae Ffigurau 1 (c) ac 1 (d) yn y drefn honno yn darlunio'r sbectrwm cymhareb 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 newidydd cyfnod 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 ymyrraeth ddinistriol i'r cludwr, fel y dangosir yn y plân cymhleth o Ffigur 1 (f).
Gosodiad arbrofol a chanlyniadau
Dangosir y gosodiad arbrofol cyflym yn Ffigur 2 (a). Defnyddir generadur tonffurf mympwyol (Keysight M8194A) fel y ffynhonnell signal, a defnyddir dau fwyhadur RF cyfatebol cam 60 GHz (gyda T-au rhagfarn integredig) fel gyrwyr modiwleiddiwr. Foltedd rhagfarn GeSi EAM yw -2.5 V, a defnyddir cebl RF cyfatebol cam i leihau'r anghydweddiad cam trydanol rhwng y sianeli I a Q.
Ffigur 2: (a) Gosodiad arbrofol cyflymder uchel, (b) Atal cludwr ar 70 Gbaud, (c) Cyfradd gwall a chyfradd data, (d) Cytser ar 70 Gbaud. Defnyddiwch laser ceudod allanol masnachol (ECL) gyda lled llinell o 100 kHz, tonfedd o 1555 nm, a phŵer o 12 dBm fel y cludwr optegol. Ar ôl modiwleiddio, caiff y signal optegol ei fwyhau gan ddefnyddiomwyhadur ffibr wedi'i dopio ag erbium(EDFA) i wneud iawn am golledion cyplu ar y sglodion a chollion mewnosod modiwleiddiwr.
Ar y pen 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. Defnyddiwch dderbynnydd cydlynol polareiddio deuol i dderbyn signalau, sy'n cynnwys cymysgydd optegol 90 gradd a phedwarFfotodiodau cytbwys 40 GHz, ac mae wedi'i gysylltu ag osgilosgop amser real (RTO) 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A). Defnyddir yr ail ffynhonnell ECL gyda lled llinell o 100 kHz 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 modiwleiddiwr IQ gan ddefnyddio fformat modiwleiddio QPSK o 40 Gbaud i 75 Gbaud. Mae'r canlyniadau'n dangos, o dan amodau cywiriad gwallau ymlaen penderfyniad caled o 7% (HD-FEC), y gall y gyfradd gyrraedd 140 Gb/s; O dan yr amod cywiriad gwallau ymlaen penderfyniad meddal o 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 yr 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 yw'r strwythur hwn yn gofyn am atal y cludwr yn llwyr a gellir ei ddefnyddio hefyd mewn derbynyddion sydd angen tonau cludwr i adfer signalau, fel derbynyddion Kramer Kronig (KK). Gellir addasu'r cludwr trwy newidydd cyfnod braich ganolog i gyflawni'r gymhareb cludwr i fand ochr (CSR) a ddymunir.
Manteision a Chymwysiadau
O'i gymharu â modiwleidyddion Mach Zehnder traddodiadol (Modiwlyddion MZM) a modiwleidyddion IQ optoelectronig eraill sy'n seiliedig ar silicon, mae gan y modiwleidydd IQ silicon arfaethedig nifer o fanteision. Yn gyntaf, mae'n gryno o ran maint, mwy na 10 gwaith yn llai na modiwleidyddion IQ sy'n seiliedig arModiwlyddion Mach Zehnder(ac eithrio padiau bondio), gan gynyddu dwysedd integreiddio a lleihau arwynebedd y sglodion. Yn ail, nid yw'r dyluniad electrod wedi'i bentyrru yn gofyn am ddefnyddio gwrthyddion terfynell, a thrwy hynny'n lleihau cynhwysedd ac ynni'r ddyfais fesul bit. Yn drydydd, mae'r gallu atal cludwr yn cynyddu'r gostyngiad mewn pŵer trosglwyddo i'r eithaf, 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 a phroseswyr rheoli adborth aml-sianel i sefydlogi a chydamseru cyseiniant modiwleidyddion microdon (MRMs), a thrwy hynny symleiddio'r dyluniad.
Mae'r modiwleiddiwr IQ cryno ac effeithlon hwn yn addas iawn ar gyfer trawsderbynyddion cydlynol bach, nifer uchel o sianeli, a chenhedlaeth nesaf mewn canolfannau data, gan alluogi cyfathrebu optegol capasiti uwch a mwy effeithlon o ran ynni.
Mae'r modiwleiddiwr silicon IQ wedi'i atal cludwr yn arddangos perfformiad rhagorol, gyda chyfradd trosglwyddo data o hyd at 150 Gb/s o dan amodau SD-FEC o 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 modiwleiddiwr hwn y gallu i atal neu addasu'r cludwr optegol a gellir ei integreiddio â chynlluniau canfod cydlynol a chanfod Kramer Kronig (KK) ar gyfer trawsderbynyddion cydlynol cryno aml-linell. Mae'r cyflawniadau a ddangoswyd yn gyrru gwireddu trawsderbynyddion optegol hynod integredig ac effeithlon i ddiwallu'r galw cynyddol am gyfathrebu data capasiti uchel mewn canolfannau data a meysydd eraill.
Amser postio: Ion-21-2025