Kompakt silisium-basearre optobereektronykIQ-modulatorFoar hege snelheid gearhingjende kommunikaasje
De tanimmende fraach foar hegere gegevensferfierder en mear enerzjyseffingen fan enerzjysoanbiedingen yn datasintra hat de ûntwikkeling fan kompakte hege prestaasjes ridenoptyske modulators. Silicon-basearre OptOeLectronyske technology (SIPH) is in belofte platfoarm wurden om ferskate fotoanyske komponinten te yntegrearjen op ien chip, kompakt en kosten-effektive oplossingen ynskeakelje. Dit artikel sil in romanferfierder ûnderdrukke ûnderdrukt Silicon IQ-modulator basearre op Gesi Eaden, dy't kinne operearje by in frekwinsje fan maksimaal 75 Gbaud.
Apparaatûntwerp en skaaimerken
De foarstelde IQ-modulator oannimt in kompakte trije earmstruktuer, lykas werjûn yn figuer 1 (a). Gearstald út trije Gesi EAM en trije thermo-optyske faze-ferskowers, in symmetryske konfiguraasje oannimme. It ynfierljocht is keppele yn 'e chip troch in grizjende koppeling (GC) en gelyk ferdield yn trije paden troch in ynterferomt fan meardere paden (MMI). Nei it foarbygean troch de modulator en faze shifter, wurdt it ljocht útkommend troch in oare 1 × 3 mmi en dan keppele oan in siermodusfaser (SSMF).
Figuer 1: (a) Microskopyske ôfbylding fan IQ-modulator; (b) - (d) eo S21, útstjerren ratio Spectrum, en stjoeren fan in single gesiksneam; (e) skematysk diagram fan IQ-modulator en oerienkommende optyske faze fan faze shifter; (F) Ferfierder fan ferfierder op it komplekse fleantúch. Lykas werjûn yn figuer 1 (b) hat Gesi Eple in breed Electro-opt-optyske bânbreedte. Figuer 1 (b) mjitten de S21-parameter fan in inkele Gesi Eple-teststruktuer mei in 67 GHz optyske komponint analyzer fan GHz Optical-komponint (LCA). Figueren 1 (c) en 1 (D) ferbyldzje respektivelik de statyske útstapbeatferhâlding (ER) spektra op ferskate DC-voltages en de oerdracht by in golflingte fan 1555 nanometer.
Lykas werjûn yn figuer 1 (E) is de haadfunksje fan dit ûntwerp de mooglikheid om optyske dragers te ûnderdrukken troch de yntegreare faze-shifter yn 'e middelbûn te passearjen. It faze-ferskil tusken de boppeste en legere earms is π / 2, brûkt foar komplekse tuning, wylst it faze ferskil tusken de middelste earm is -3 π / 4. Dizze konfiguraasje makket it tastien foar ferneatiging ynterferinsje foar de ferfierder, lykas werjûn yn it kompleks plane fan figuer 1 (F).
Eksperimintele opset en resultaten
De eksperimintele opset fan hege snelheid wurdt toand yn figuer 2 (a). In willekeurige wachtsformierman (Keysight M8194a) wurdt brûkt as de sinjaalboarne, en twa 60 GHz-faze matched RF-amplifers (mei yntegreare Bias tees) wurde brûkt as modulatorsjauffeurs. De Bias-spanning fan Gesi Eam is -2.5 V, en in faze-matched RF-kabel wurdt brûkt om elektryske faze-mismatch te minimalisearjen tusken de I en Q-kanalen.
Figuer 2: (a) eksperimintele opset fan hege snelheid, (b) ferfierder op 70 gbaud, (c) flaterrate en gegevensrate, (d) konstellaasje by 70 gbaud. Brûk in kommersjele eksterne holte Laser (ECL) mei in linebreedte fan 100 KHZ, golflingte fan 1555 NM, en macht fan 12 DBM as de optyske drager. Nei modulaasje wurdt it optyske sinjaal fersterke mei help fan inErbium-doped glêstried(EDFA) om te kompensearjen foar op-chip Coupling-ferliezen en modulatorferlies.
By it ûntfangende ein, automatysk in optyske spektrumanalys (OSA) Manturen it sinjaalspektrum en ferfierder ûnderdrukking, lykas werjûn yn figuer 2 (B) foar in 70 Gbaud sinjaal. Brûk in ûnrêstige chere-gearhingjende ûntfanger om sinjalen te ûntfangen, dy't bestiet út in wike optyske mixer en fjouwer40 GHz balansearre fotodiodes, en is ferbûn mei in 33 GHz, 80 GSA / S Real-Time Oscilloscope (RTO) (Keysight DSOZ634A). De twadde ECL-boarne mei in Linewidte fan 100 KHZ wurdt brûkt as lokale oscillator (lo). Fanwegen de stjoerder dy't ûnder inkelde polarisaasje betingsten binne, wurde mar twa elektroanyske kanalen brûkt foar analog-nei-digitale konversaasje (ADC). De gegevens wurde opnommen op Rto en ferwurke mei help fan in offline-digitale sinjaalprosessor (DSP).
Lykas werjûn yn figuer 2 (c) waard de IQ-modulator testen mei QpSK-modulaasjeformaat fan 40 Gbaud oant 75 Gbaud. De resultaten jouwe oan dat ûnder 7% Hard beslút FRY-beslút FEAR-korreksje (HD-FEC) Betingsten, it taryf kin 140 GB / s berikke; Under de tastân fan 20% sêfte beslút Ferslach by FLATORSJOCHT (SD-FEC), kin de snelheid 150 GB / s berikke. It konstellaasjediagram om 70 Gbaud wurdt toand yn figuer 2 (D). It resultaat is beheind troch de Oscilloscope Bandbreedte fan 33 GHz, dy't lykweardich is oan in sinjaal bânbreedte fan sawat 66 Gbaud.
Lykas werjûn yn figuer 2 (b) kin de trije earmstruktuer effektyf effektyf ûnderdrukke mei in blankovering mear as 30 db. Dizze struktuer fereasket net folpresje fan 'e ferfierder en kin ek brûkt wurde yn ûntfangers dy't ferfierende tonen om sinjalen te herstellen, lykas Kramer Kronig (KK) ûntfangers. De ferfierder kin oanpast wurde fia in sintrale earmfase-shifter om de winske ferfierder te berikken oan sydbalke ferhâlding (CSR).
Foardielen en applikaasjes
Yn ferliking mei tradisjonele Mach Zehnder modulators (MZM-modulatoren) en oare silisium-basearre OptokoLectronyske IQ-modulatoren, de foarstelde Silicon IQ-modulator hat meardere foardielen. Earst is it kompakt yn grutte, mear as 10 kear lytser dan IQ-modulatoren basearre opMach Zehnder modulators(eksklusyf bonding pads), dus tanimmende yntegraasje-tichtens en ferminderjen fan chip-gebiet. Twad, it steapele Electrode-ûntwerp fereasket it gebrûk fan Terminal-wjerstannen net, dêrtroch apparaatkapacitce en enerzjy fermindere. Tredde, de ferfierder fan ferfierder maxeart de fermindering fan 'e ferfierder de fermindering fan oerdrachtkrêft, fiert fierder enerzjy-effisjinsje ferbetteret.
Derneist is de optyske bandbreedte fan Gesi EAM heul breed (mear dan 30 nanometers), eliminearren foar circuits en provonearen en prosonearders fan multikaasje fan mikrowave modulatoren (MRMS) stabilisearje en syngronearje), wêrtroch't it ûntwerp nimt.
Dit kompakt en effisjint IQ-modulator is heul geskikt foar folgjende generaasje, hege generaasje telle, en lytse gearhingjende transceivers, ynskeakelje hegere kapasiteit en mear enerzjyseffendentyske tapassing.
De ferfierder ûnderdrukt Silicon IQ-modulator Twoont uitstekende prestaasje, mei in gegevensferfierferoaring fan maksimaal 150 GB / S ûnder 20% SD-FEC-omstannichheden. De kompakte struktuer fan 3-earm basearre op Gesi EAM hat wichtige foardielen yn termen fan foetôfdruk, enerzjy effisjinsje, en ûntwerp-ienfâldigens. Dizze modulator hat de mooglikheid om de optyske ferfierder te ûnderdrukken of oan te passen en kin wurde yntegrearre mei gearhingjende deteksje en Kramer Kronig (KK) Detekspemen foar multi-line-kompakte gearhingjende transcearts. De bewiisde prestaasjes ride de realisearje fan heul yntegreare en effisjinte optyske transceivers om te foldwaan oan 'e groeiende fraach nei kommunikaasje fan hege kapasiteit yn gegevenssintra en oare fjilden.
Posttiid: Jan-21-2025