Za visokohitrostno koherentno komunikacijsko kompaktno silicijevo optoelektronsko modulator IQ

Kompaktni silicijevi optoelektronskiIQ modulatorZa skladno komunikacijo za visoko hitrost
Vse večje povpraševanje po višjih stopnjah prenosa podatkov in energetsko učinkoviti oddajniki v podatkovnih centrih so spodbudili razvoj kompaktne visokozmogljiveoptični modulatorji. Optoelectronic Technology na osnovi silicija (SIPH) je postala obetavna platforma za vključevanje različnih fotonskih komponent na en sam čip, ki omogoča kompaktne in stroškovno učinkovite rešitve. Ta članek bo raziskal nov nosilec modulatorja Silicon IQ, ki temelji na Gesi EAMS, ki lahko deluje s frekvenco do 75 GBAUD.
Oblikovanje in značilnosti naprave
Predlagani modulator IQ sprejme kompaktno tri roke, kot je prikazano na sliki 1 (a). Sestavljen iz treh gesi EAM in treh termo optičnih faznih prestavkov, ki sprejemajo simetrično konfiguracijo. Vhodna svetloba je povezana v čip skozi rešetko (GC) in enakomerno razdeljena na tri poti skozi 1 × 3 multimodni interferometer (MMI). Po prehodu skozi modulator in fazni menjalnik svetlobo rekombinira še 1 × 3 mm in nato povezan z eno mode vlakna (SSMF).

Slika 1: (a) mikroskopska slika modulatorja IQ; (b) - (d) EO S21, spekter izumrtskega razmerja in prepustnost enega samega gesi eama; (e) shematični diagram modulatorja IQ in ustrezne optične faze faznega premika; (f) Predstavitev zatiranja nosilcev na kompleksni ravnini. Kot je prikazano na sliki 1 (b), ima Gesi EAM široko elektro-optično pasovno širino. Slika 1 (b) je izmerila parameter S21 ene same testne strukture gesi EAM z uporabo 67 GHz optičnega analizatorja komponent (LCA). Slike 1 (c) in 1 (d) prikazujejo spektre statičnega izumrtja (ER) pri različnih DC napetostih in prenos na valovni dolžini 1555 nanometrov.
Kot je prikazano na sliki 1 (E), je glavna značilnost te zasnove zmožnost zatiranje optičnih nosilcev s prilagajanjem integriranega faznega prestavljanja v srednji roki. Fazna razlika med zgornjim in spodnjim rokom je π/2, ki se uporablja za kompleksno nastavitev, medtem ko je fazna razlika med srednjo roko -3 π/4. Ta konfiguracija omogoča destruktivni posegi na nosilca, kot je prikazano v kompleksni ravnini slike 1 (f).
Eksperimentalna nastavitev in rezultati
Eksperimentalna nastavitev visoke hitrosti je prikazana na sliki 2 (a). Kot vir signala se uporablja poljubni generator valovnih oblik (ključ M8194A), kot gonilniki modulatorja pa se uporabljata dva RF -ojačevalnika, ki se ujemata s 60 GHz (z integriranimi pristranskostmi). Napetost pristranskosti gesi eama je -2,5 V, fazni kabel RF pa se uporablja za zmanjšanje neusklajenosti električne faze med I in Q kanalom.
Slika 2: (a) Hitro hitra eksperimentalna nastavitev, (b) zatiranje nosilca pri 70 GBAUD, (c) stopnja napak in hitrost podatkov, (d) ozvezdje pri 70 GBAUD. Za optični nosilec uporabite komercialni laser z zunanjo votlino (ECL) s širino 100 kHz, valovno dolžino 1555 nm in močjo 12 dBm. Po modulaciji se optični signal ojača z uporaboErbijev dopiran ojačevalnik vlaken(EDFA) za kompenzacijo izgub sklopke na čipu in izgube vstavitve modulatorja.
Na sprejemnem koncu analizator optičnega spektra (OSA) spremlja signalni spekter in zatiranje nosilcev, kot je prikazano na sliki 2 (b) za 70 GBAUD signal. Za prejemanje signalov uporabite dvojni polarizacijski sprejemnik, ki ga sestavlja 90 -stopinjski optični mešalnik in štiri40 GHz uravnotežene fotodiode, in je povezan s 33 GHz, 80 GSA/s Osciloskopom v realnem času (RTO) (Keysight DSOZ634A). Drugi vir ECL z linijo 100 kHz se uporablja kot lokalni oscilator (LO). Zaradi oddajnika, ki deluje pod posameznimi polarizacijskimi pogoji, se za analogno-digitalno pretvorbo (ADC) uporabljata le dva elektronska kanala. Podatki so zabeleženi na RTO in obdelani z uporabo digitalnega signalnega procesorja brez povezave (DSP).
Kot je prikazano na sliki 2 (c), smo modulator IQ preizkusili z uporabo modulacijskega formata QPSK od 40 GBAUD do 75 GBAUD. Rezultati kažejo, da lahko pod 7% pogoji za popravljanje napak v trdi odločitvi (HD-FEC) stopnja doseže 140 GB/s; Pod 20-odstotno mehko odločitveno popravljanje napak (SD-FEC) lahko hitrost doseže 150 GB/s. Konstelacijski diagram pri 70 GBAUD je prikazan na sliki 2 (d). Rezultat je omejena s pasovno širino osciloskopa 33 GHz, kar je enakovredno signalni pasovni širini približno 66 GBAUD.

Kot je prikazano na sliki 2 (b), lahko tri strukture rok učinkovito zavira optične nosilce s hitrostjo praznjenja, ki presega 30 dB. Ta struktura ne zahteva popolnega zatiranja nosilca in jo je mogoče uporabiti tudi v sprejemnikih, ki potrebujejo nosilne tone za obnovo signalov, kot so sprejemniki Kramer Kronig (KK). Nosilec je mogoče prilagoditi skozi centralni fazni prestanek, da dosežemo želeno razmerje med prevoznikom in stranskim pasom (CSR).
Prednosti in aplikacije
V primerjavi s tradicionalnimi mach zehnder modulatorji (MZM modulatorji) in drugih modulatorjev IQ na osnovi silicijevega optoelektronskega IQ, predlagani modulator Silicon IQ ima več prednosti. Prvič, po velikosti je kompakten, več kot 10 -krat manjši od modulatorjev IQ, ki temeljijo naMach Zehnder modulatorji(razen vezalnih blazinic), s čimer se poveča gostota integracije in zmanjša območje čipov. Drugič, oblikovana zasnova elektrode ne potrebuje uporabe končnih uporov, s čimer zmanjša kapacitivnost naprave in energijo na bit. Tretjič, zmogljivost zatiranja nosilca poveča zmanjšanje prenosne moči, kar še izboljša energetsko učinkovitost.
Poleg tega je optična pasovna širina Gesi EAM zelo široka (več kot 30 nanometrov), kar odpravlja potrebo po večkanalnih povratnih vezjih in procesorjih za stabilizacijo in sinhronizacijo resonance mikrovalovnih modulatorjev (MRM) in s tem poenostavi zasnovo.
Ta kompakten in učinkovit modulator IQ je zelo primeren za naslednjo generacijo, število kanalov in majhne koherentne oddajnike v podatkovnih centrih, kar omogoča večjo zmogljivost in bolj energijsko učinkovito optično komunikacijo.
Modulator, ki ga je zatrl nosilec, ima odlične zmogljivosti, s stopnjo prenosa podatkov do 150 GB/s pod 20% pogojev SD-FEC. Njegova kompaktna 3-ročna struktura, ki temelji na gesi EAM, ima velike prednosti glede na odtis, energetsko učinkovitost in preprostost oblikovanja. Ta modulator ima možnost zatiranje ali prilagajanje optičnega nosilca in ga je mogoče integrirati s shemami koherentnega zaznavanja in Kramer Kronig (KK) za več linijske kompaktne koherentne oddajnike. Dokaženi dosežki spodbujajo realizacijo visoko integriranih in učinkovitih optičnih oddajnikov, da bi zadostili naraščajočemu povpraševanju po komunikaciji z visoko zmogljivostjo v podatkovnih centrih in drugih področjih.