Kanggo komunikasi koheren kacepetan dhuwur kompak modulator IQ optoelektronik basis silikon

optoelektronik adhedhasar silikon kompakModulator IQkanggo komunikasi koheren kacepetan dhuwur
Panjaluk sing saya tambah kanggo tingkat transmisi data sing luwih dhuwur lan transceiver sing luwih efisien energi ing pusat data wis nyebabake pangembangan kinerja dhuwur sing kompak.modulator optik. Teknologi optoelektronik basis silikon (SiPh) wis dadi platform sing njanjeni kanggo nggabungake macem-macem komponen fotonik menyang siji chip, mbisakake solusi sing kompak lan biaya-efektif. Artikel iki bakal njelajah modulator IQ silikon sing ditindhes operator novel adhedhasar GeSi EAMs, sing bisa digunakake kanthi frekuensi nganti 75 Gbaud.
Desain lan karakteristik piranti
Modulator IQ sing diusulake nganggo struktur lengen sing kompak, kaya sing ditampilake ing Gambar 1 (a). Kasusun saka telung GeSi EAM lan telung shifter fase termo optik, nganggo konfigurasi simetris. Lampu input digabungake menyang chip liwat coupler grating (GC) lan dipérang dadi telung jalur liwat interferometer multimode 1 × 3 (MMI). Sawise ngliwati modulator lan shifter fase, cahya digabungake maneh karo 1 × 3 MMI liyane lan banjur digandhengake karo serat mode siji (SSMF).

Gambar 1: (a) Gambar mikroskopik modulator IQ; (b) - (d) EO S21, spektrum rasio kepunahan, lan transmisi siji GeSi EAM; (e) Diagram skematis modulator IQ lan fase optik sing cocog karo shifter fase; (f) Perwakilan supresi pembawa ing bidang kompleks. Kaya sing dituduhake ing Gambar 1 (b), GeSi EAM nduweni bandwidth elektro-optik sing amba. Figure 1 (b) ngukur parameter S21 saka struktur tes GeSi EAM siji nggunakake 67 GHz optical component analyzer (LCA). Gambar 1 (c) lan 1 (d) masing-masing nggambarake spektrum rasio kepunahan statis (ER) ing voltase DC sing beda lan transmisi kanthi dawa gelombang 1555 nanometer.
Kaya sing dituduhake ing Figure 1 (e), fitur utama desain iki yaiku kemampuan kanggo nyuda operator optik kanthi nyetel shifter fase terpadu ing lengen tengah. Bedane fase antarane lengen ndhuwur lan ngisor yaiku π/2, digunakake kanggo tuning kompleks, dene beda fase antarane lengen tengah yaiku -3 π/4. Konfigurasi iki ngidini kanggo gangguan ngrusak kanggo operator, minangka ditampilake ing bidang Komplek saka Figure 1 (f).
Persiyapan eksperimen lan asil
Persiyapan eksperimen kacepetan dhuwur ditampilake ing Gambar 2 (a). Generator gelombang sewenang-wenang (Keysight M8194A) digunakake minangka sumber sinyal, lan loro amplifier RF sing cocog karo fase 60 GHz (karo tee bias terpadu) digunakake minangka pembalap modulator. Tegangan bias GeSi EAM yaiku -2,5 V, lan kabel RF sing cocog karo fase digunakake kanggo nyilikake ketidakcocokan fase listrik ing antarane saluran I lan Q.
Gambar 2: (a) Persiyapan eksperimen kanthi kacepetan dhuwur, (b) Supresi pembawa ing 70 Gbaud, (c) Tingkat kesalahan lan tingkat data, (d) Konstelasi ing 70 Gbaud. Gunakake laser rongga eksternal komersial (ECL) kanthi jembar garis 100 kHz, dawane gelombang 1555 nm, lan daya 12 dBm minangka operator optik. Sawise modulasi, sinyal optik digedhekake nggunakake aamplifier serat erbium-doped(EDFA) kanggo ngimbangi kerugian kopling on-chip lan mundhut selipan modulator.
Ing mburi panrima, Optical Spectrum Analyzer (OSA) ngawasi spektrum sinyal lan dipatèni operator, minangka ditampilake ing Figure 2 (b) kanggo sinyal 70 Gbaud. Gunakake panrima koheren polarisasi dual kanggo nampa sinyal, sing kasusun saka mixer optik 90 derajat lan papat.40 GHz fotodioda imbang, lan disambungake menyang 33 GHz, 80 GSa / s nyata-wektu oscilloscope (RTO) (Keysight DSOZ634A). Sumber ECL kapindho kanthi jembar garis 100 kHz digunakake minangka osilator lokal (LO). Amarga pemancar sing beroperasi ing kahanan polarisasi tunggal, mung rong saluran elektronik sing digunakake kanggo konversi analog-to-digital (ADC). Data kasebut direkam ing RTO lan diproses nggunakake prosesor sinyal digital offline (DSP).
Minangka ditampilake ing Figure 2 (c), modulator IQ dites nggunakake format modulasi QPSK saka 40 Gbaud nganti 75 Gbaud. Asil nuduhake yen ing 7% kahanan hard decision forward error correction (HD-FEC), tingkat bisa tekan 140 Gb / s; Ing kondisi 20% alus kaputusan maju koreksi kesalahan (SD-FEC), kacepetan bisa tekan 150 Gb / s. Diagram konstelasi ing 70 Gbaud ditampilake ing Gambar 2 (d). Asil diwatesi dening bandwidth osiloskop 33 GHz, sing padha karo bandwidth sinyal kira-kira 66 Gbaud.

Minangka ditampilake ing Figure 2 (b), struktur lengen telu bisa efektif nyuda operator optik kanthi tingkat blanking ngluwihi 30 dB. Struktur iki ora mbutuhake dipatèni lengkap operator lan uga bisa digunakake ing panrima sing mbutuhake nada operator kanggo mbalekake sinyal, kayata Kramer Kronig (KK) panrima. Operator bisa diatur liwat shifter fase lengen tengah kanggo entuk rasio operator menyang sideband (CSR).
Kaluwihan lan Aplikasi
Dibandhingake karo modulator Mach Zehnder tradisional (modulator MZM) lan modulator IQ optoelektronik basis silikon liyane, modulator IQ silikon sing diusulake duwe sawetara kaluwihan. Kaping pisanan, ukurane kompak, luwih saka 10 kaping luwih cilik tinimbang modulator IQ adhedhasarModulator Mach Zehnder(ora kalebu bantalan ikatan), saéngga nambah Kapadhetan integrasi lan nyuda area chip. Kapindho, desain elektroda sing ditumpuk ora mbutuhake resistor terminal, saéngga nyuda kapasitansi piranti lan energi saben bit. Katelu, kemampuan suppression operator ngoptimalake pangurangan daya transmisi, luwih ningkatake efisiensi energi.
Kajaba iku, bandwidth optik GeSi EAM amba banget (luwih saka 30 nanometer), ngilangi kabutuhan sirkuit kontrol umpan balik multi-saluran lan prosesor kanggo nyetabilake lan nyinkronake resonansi modulator gelombang mikro (MRM), saéngga nyederhanakake desain.
Modulator IQ sing kompak lan efisien iki cocog banget kanggo generasi sabanjure, jumlah saluran dhuwur, lan transceiver koheren cilik ing pusat data, mbisakake kapasitas sing luwih dhuwur lan komunikasi optik sing luwih hemat energi.
Modulator IQ silikon sing ditindhes operator nuduhake kinerja sing apik banget, kanthi tingkat transmisi data nganti 150 Gb/s ing kahanan SD-FEC 20%. Struktur 3-lengan sing kompak adhedhasar GeSi EAM nduweni kaluwihan sing signifikan babagan jejak, efisiensi energi, lan kesederhanaan desain. Modulator iki nduweni kemampuan kanggo nyuda utawa nyetel operator optik lan bisa digabungake karo deteksi koheren lan skema deteksi Kramer Kronig (KK) kanggo transceiver kompak kompak multi line. Prestasi sing dituduhake ndadékaké realisasi transceiver optik sing terintegrasi lan efisien kanggo nyukupi panjaluk komunikasi data kanthi kapasitas dhuwur ing pusat data lan lapangan liyane.