Kompakt silikon əsaslı optoelektronikaIQ modulyatoruyüksək sürətli əlaqəli rabitə üçün
Məlumat mərkəzlərində daha yüksək məlumat ötürmə sürətlərinə və daha enerjiyə qənaət edən ötürücü-ötürücülərə artan tələbat kompakt yüksək performanslı cihazların inkişafına təkan vermişdir.optik modulyatorlarSilikon əsaslı optoelektron texnologiyası (SiPh) müxtəlif fotonik komponentləri tək bir çipə inteqrasiya etmək üçün perspektivli bir platformaya çevrilib və bu da kompakt və səmərəli həllər təqdim edir. Bu məqalədə 75 Gbaud-a qədər tezlikdə işləyə bilən GeSi EAM-larına əsaslanan yeni daşıyıcı basdırılmış silikon IQ modulyatoru araşdırılacaq.
Cihazın dizaynı və xüsusiyyətləri
Təklif olunan IQ modulyatoru, Şəkil 1 (a)-da göstərildiyi kimi, kompakt üç qollu strukturdan istifadə edir. Üç GeSi EAM və üç termooptik faza dəyişdiricisindən ibarət olan bu modulyator simmetrik konfiqurasiya qəbul edir. Giriş işığı çipə barmaqlıq birləşdiricisi (GC) vasitəsilə qoşulur və 1×3 çoxmodlu interferometr (MMI) vasitəsilə bərabər şəkildə üç yola bölünür. Modulyator və faza dəyişdiricisindən keçdikdən sonra işıq başqa bir 1×3 MMI ilə yenidən birləşdirilir və sonra təkmodlu lifə (SSMF) qoşulur.
Şəkil 1: (a) IQ modulyatorunun mikroskopik təsviri; (b) – (d) tək GeSi EAM-ın EO S21, sönmə nisbəti spektri və keçiriciliyi; (e) IQ modulyatorunun və faza dəyişdiricisinin müvafiq optik fazasının sxematik diaqramı; (f) Kompleks müstəvidə daşıyıcının basqısının təsviri. Şəkil 1-də (b) göstərildiyi kimi, GeSi EAM geniş elektro-optik bant genişliyinə malikdir. Şəkil 1 (b) 67 GHz optik komponent analizatorundan (LCA) istifadə edərək tək GeSi EAM test strukturunun S21 parametrini ölçmüşdür. Şəkil 1 (c) və 1 (d) müvafiq olaraq müxtəlif DC gərginliklərində statik sönmə nisbəti (ER) spektrlərini və 1555 nanometr dalğa uzunluğunda ötürülməni təsvir edir.
Şəkil 1 (e)-də göstərildiyi kimi, bu dizaynın əsas xüsusiyyəti orta qoldakı inteqrasiya olunmuş faza dəyişdiricisini tənzimləməklə optik daşıyıcıları basdırmaq qabiliyyətidir. Yuxarı və aşağı qollar arasındakı faza fərqi mürəkkəb tənzimləmə üçün istifadə olunan π/2, orta qol arasındakı faza fərqi isə -3 π/4-dür. Şəkil 1 (f)-dəki mürəkkəb müstəvidə göstərildiyi kimi, bu konfiqurasiya daşıyıcıya dağıdıcı müdaxilə etməyə imkan verir.
Eksperimental quraşdırma və nəticələr
Yüksək sürətli eksperimental quraşdırma Şəkil 2 (a)-da göstərilmişdir. Siqnal mənbəyi kimi ixtiyari dalğa forması generatoru (Keysight M8194A), modulyator sürücüləri kimi isə iki 60 GHz faza uyğun RF gücləndiricisi (inteqrasiya olunmuş qərəzli tekerlərlə) istifadə olunur. GeSi EAM-ın qərəzli gərginliyi -2,5 V-dur və I və Q kanalları arasında elektrik faza uyğunsuzluğunu minimuma endirmək üçün faza uyğun RF kabeli istifadə olunur.
Şəkil 2: (a) Yüksək sürətli eksperimental quraşdırma, (b) 70 Gbaudda daşıyıcının basdırılması, (c) Xəta dərəcəsi və məlumat ötürülməsi sürəti, (d) 70 Gbaudda bürc. Optik daşıyıcı kimi 100 kHz xətt eni, 1555 nm dalğa uzunluğu və 12 dBm gücü olan kommersiya xarici boşluq lazerindən (ECL) istifadə edin. Modulyasiyadan sonra optik siqnal bir istifadə edərək gücləndirilir.erbiumla zənginləşdirilmiş lif gücləndiricisi(EDFA) çip üzərindəki birləşmə itkilərini və modulyator daxiletmə itkilərini kompensasiya etmək üçün.
Qəbuledici tərəfdə, Şəkil 2 (b)-də göstərildiyi kimi, 70 Gbaud siqnalı üçün Optik Spektr Analizatoru (OSA) siqnal spektrini və daşıyıcı basqısını izləyir. Siqnalları qəbul etmək üçün 90 dərəcəlik optik qarışdırıcıdan və dörddən ibarət ikili polyarizasiya koherent qəbuledicisindən istifadə edin.40 GHz balanslaşdırılmış fotodiodlar, və 33 GHz, 80 GSa/s real vaxt osiloskopuna (RTO) (Keysight DSOZ634A) qoşulub. 100 kHz xətt eni olan ikinci ECL mənbəyi yerli osilator (LO) kimi istifadə olunur. Verici tək polyarizasiya şəraitində işlədiyinə görə, analoq-rəqəmsal çevirmə (ADC) üçün yalnız iki elektron kanal istifadə olunur. Məlumatlar RTO-da qeyd olunur və oflayn rəqəmsal siqnal prosessoru (DSP) istifadə edilərək işlənir.
Şəkil 2 (c)-də göstərildiyi kimi, IQ modulyatoru 40 Gbauddan 75 Gbauda qədər QPSK modulyasiya formatından istifadə edilərək sınaqdan keçirilmişdir. Nəticələr göstərir ki, 7% sərt qərar irəli xəta korreksiyası (HD-FEC) şərtləri altında sürət 140 Gb/s-yə çata bilər; 20% yumşaq qərar irəli xəta korreksiyası (SD-FEC) şərti altında sürət 150 Gb/s-yə çata bilər. 70 Gbaudda bürc diaqramı Şəkil 2 (d)-də göstərilmişdir. Nəticə təxminən 66 Gbaud siqnal bant genişliyinə bərabər olan 33 GHz osiloskop bant genişliyi ilə məhdudlaşır.
Şəkil 2 (b)-də göstərildiyi kimi, üç qollu struktur 30 dB-dən çox boşalma sürəti ilə optik daşıyıcıları effektiv şəkildə basqılaya bilər. Bu struktur daşıyıcının tam basqısını tələb etmir və həmçinin Kramer Kronig (KK) qəbulediciləri kimi siqnalları bərpa etmək üçün daşıyıcı tonları tələb edən qəbuledicilərdə istifadə edilə bilər. İstənilən daşıyıcı-yan zolaq nisbətinə (KZN) nail olmaq üçün daşıyıcı mərkəzi qol faza dəyişdiricisi vasitəsilə tənzimlənə bilər.
Üstünlüklər və Tətbiqlər
Ənənəvi Mach Zehnder modulyatorları ilə müqayisədə (MZM modulyatorları) və digər silikon əsaslı optoelektronik IQ modulyatorları ilə təklif olunan silikon IQ modulyatoru bir çox üstünlüklərə malikdir. Birincisi, ölçüsünə görə kompaktdır, IQ modulyatorlarından 10 dəfədən çox kiçikdir.Mach Zehnder modulyatorları(birləşdirici yastıqlar istisna olmaqla), beləliklə inteqrasiya sıxlığını artırır və çip sahəsini azaldır. İkincisi, yığılmış elektrod dizaynı terminal rezistorlarının istifadəsini tələb etmir və bununla da cihazın tutumunu və bit başına enerjini azaldır. Üçüncüsü, daşıyıcının basdırılması qabiliyyəti ötürmə gücünün azalmasını maksimum dərəcədə artırır və enerji səmərəliliyini daha da artırır.
Bundan əlavə, GeSi EAM-ın optik bant genişliyi çox genişdir (30 nanometrdən çox), mikrodalğalı modulyatorların (MRM) rezonansını sabitləşdirmək və sinxronlaşdırmaq üçün çoxkanallı geribildirim idarəetmə sxemlərinə və prosessorlarına ehtiyacı aradan qaldırır və bununla da dizaynı sadələşdirir.
Bu kompakt və səmərəli IQ modulyatoru, məlumat mərkəzlərində yeni nəsil, yüksək kanal sayı və kiçik koherent ötürücü-ötürücülər üçün olduqca uyğundur və daha yüksək tutum və daha enerjiyə qənaət edən optik rabitə təmin edir.
Daşıyıcı basdırılmış silikon IQ modulyatoru, 20% SD-FEC şəraitində 150 Gb/s-yə qədər məlumat ötürmə sürəti ilə əla performans nümayiş etdirir. GeSi EAM-a əsaslanan kompakt 3 qollu strukturu, iz yeri, enerji səmərəliliyi və dizayn sadəliyi baxımından əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir. Bu modulyator optik daşıyıcını basdırmaq və ya tənzimləmək qabiliyyətinə malikdir və çoxxətli kompakt koherent ötürücülər üçün koherent aşkarlama və Kramer Kronig (KK) aşkarlama sxemləri ilə inteqrasiya edilə bilər. Nümayiş etdirilən nailiyyətlər, məlumat mərkəzlərində və digər sahələrdə yüksək tutumlu məlumat rabitəsinə artan tələbatı ödəmək üçün yüksək inteqrasiya olunmuş və səmərəli optik ötürücülərin reallaşdırılmasına təkan verir.
Yazı vaxtı: 21 Yanvar 2025