Шағын кремний негізіндегі оптоэлектрондықIQ модуляторыжоғары жылдамдықты когерентті байланыс үшін
Деректер орталықтарында деректерді беру жылдамдығының жоғарылауы және энергияны үнемдейтін қабылдағыш-таратқыштарға деген сұраныстың артуы ықшам, жоғары өнімді құрылғылардың дамуына түрткі болды.оптикалық модуляторларКремний негізіндегі оптоэлектрондық технология (SiPh) әртүрлі фотондық компоненттерді бір чипке біріктірудің перспективалы платформасына айналды, бұл ықшам және үнемді шешімдерді қамтамасыз етеді. Бұл мақалада 75 Гбодқа дейінгі жиілікте жұмыс істей алатын GeSi EAM негізіндегі жаңа тасымалдаушы басылған кремний IQ модуляторы қарастырылады.
Құрылғының дизайны және сипаттамалары
Ұсынылған IQ модуляторы 1-суретте (а) көрсетілгендей, шағын үш иінді құрылымды қабылдайды. Үш GeSi EAM және үш термооптикалық фазалық ауыстырғыштан тұрады, симметриялы конфигурацияны қабылдайды. Кіріс жарығы торлы муфта (GC) арқылы чипке қосылады және 1×3 көп режимді интерферометр (MMI) арқылы үш жолға біркелкі бөлінеді. Модулятор мен фазалық ауыстырғыштан өткеннен кейін, жарық тағы бір 1×3 MMI арқылы қайта біріктіріледі, содан кейін бір режимді талшыққа (SSMF) қосылады.
1-сурет: (a) IQ модуляторының микроскопиялық кескіні; (b) – (d) EO S21, сөну коэффициентінің спектрі және бір GeSi EAM өткізгіштігі; (e) IQ модуляторының және фазалық ығыстырғыштың сәйкес оптикалық фазасының схемалық диаграммасы; (f) Кешенді жазықтықта тасымалдаушыны басу көрінісі. 1-суретте (b) көрсетілгендей, GeSi EAM кең электрооптикалық өткізу жолағына ие. 1-суретте (b) 67 ГГц оптикалық компонентті анализаторды (LCA) пайдаланып, бір GeSi EAM сынақ құрылымының S21 параметрі өлшенді. 1-суретте (c) және 1-суретте (d) сәйкесінше әртүрлі тұрақты кернеулердегі статикалық сөну коэффициентінің (ER) спектрлері және 1555 нанометр толқын ұзындығындағы беріліс көрсетілген.
1-суретте (e) көрсетілгендей, бұл дизайнның негізгі ерекшелігі - ортаңғы иіндегі интеграцияланған фазалық ауыстырғышты реттеу арқылы оптикалық тасымалдаушыларды басу мүмкіндігі. Жоғарғы және төменгі иіндердің фазалық айырмашылығы π/2 құрайды, ол күрделі реттеу үшін қолданылады, ал ортаңғы иіннің фазалық айырмашылығы -3 π/4 құрайды. Бұл конфигурация 1-суретте (f) көрсетілген күрделі жазықтықта көрсетілгендей, тасымалдаушыға деструктивті кедергі келтіруге мүмкіндік береді.
Тәжірибелік орнату және нәтижелер
Жоғары жылдамдықты эксперименттік орнату 2 (а) суретте көрсетілген. Сигнал көзі ретінде кез келген толқын пішінінің генераторы (Keysight M8194A) пайдаланылады, ал модулятор драйверлері ретінде екі 60 ГГц фазамен сәйкес келетін RF күшейткіштері (кіріктірілген ығысу үштіктерімен) қолданылады. GeSi EAM ығысу кернеуі -2,5 В құрайды, ал I және Q арналары арасындағы электрлік фаза сәйкессіздігін азайту үшін фазамен сәйкес келетін RF кабелі қолданылады.
2-сурет: (a) Жоғары жылдамдықты эксперименттік орнату, (b) 70 Гбодтағы тасымалдаушыны басу, (c) Қателік жиілігі және деректер жылдамдығы, (d) 70 Гбодтағы шоқжұлдыз. Оптикалық тасымалдаушы ретінде сызықтық ені 100 кГц, толқын ұзындығы 1555 нм және қуаты 12 дБм болатын коммерциялық сыртқы қуыс лазерін (ECL) пайдаланыңыз. Модуляциядан кейін оптикалық сигнал күшейткіш арқылы күшейтіледі.эрбиймен легирленген талшықты күшейткіш(EDFA) чиптегі байланыс шығындарын және модуляторды енгізу шығындарын өтеу үшін.
Қабылдау жағында оптикалық спектр анализаторы (OSA) сигнал спектрін және тасымалдаушының басылуын бақылайды, бұл 2-суретте (b) көрсетілгендей, 70 Гбод сигналы үшін. Сигналдарды қабылдау үшін қос поляризацияланған когерентті қабылдағышты пайдаланыңыз, ол 90 градустық оптикалық араластырғыштан және төрт40 ГГц теңдестірілген фотодиодтар, және 33 ГГц, 80 GSa/с нақты уақыт осциллографына (RTO) (Keysight DSOZ634A) қосылған. 100 кГц сызықтық ені бар екінші ECL көзі жергілікті осциллятор (LO) ретінде пайдаланылады. Таратқыш бір поляризация жағдайында жұмыс істейтіндіктен, аналогтық-цифрлық түрлендіру (ADC) үшін тек екі электрондық арна қолданылады. Деректер RTO-ға жазылады және оффлайн сандық сигнал процессоры (DSP) арқылы өңделеді.
2-суретте (c) көрсетілгендей, IQ модуляторы 40 Гбодтан 75 Гбодқа дейінгі QPSK модуляция форматын пайдаланып сыналды. Нәтижелер 7% қатты шешім қабылдау қателерін түзету (HD-FEC) жағдайында жылдамдық 140 Гбит/с жетуі мүмкін екенін көрсетеді; 20% жұмсақ шешім қабылдау қателерін түзету (SD-FEC) жағдайында жылдамдық 150 Гбит/с жетуі мүмкін. 70 Гбодтағы шоқжұлдыз диаграммасы 2-суретте (d) көрсетілген. Нәтиже шамамен 66 Гбод сигнал өткізу қабілетіне тең 33 ГГц осциллограф өткізу қабілетімен шектеледі.
2-суретте (b) көрсетілгендей, үш иінді құрылым 30 дБ-ден асатын босау жылдамдығымен оптикалық тасымалдаушыларды тиімді түрде басады. Бұл құрылым тасымалдаушыны толық басуды қажет етпейді және оны Kramer Kronig (KK) қабылдағыштары сияқты сигналдарды қалпына келтіру үшін тасымалдаушы дыбыстарды қажет ететін қабылдағыштарда да пайдалануға болады. Қажетті тасымалдаушы мен бүйірлік жолақ қатынасына (CSR) қол жеткізу үшін тасымалдаушыны орталық иінді фазалық ауыстырғыш арқылы реттеуге болады.
Артықшылықтары мен қолданылуы
Дәстүрлі Mach Zehnder модуляторларымен салыстырғанда (MZM модуляторлары) және басқа кремний негізіндегі оптоэлектронды IQ модуляторларымен бірге ұсынылған кремний IQ модуляторының бірнеше артықшылығы бар. Біріншіден, ол өлшемі бойынша ықшам, IQ модуляторларынан 10 еседен астам кішірекМах Зендер модуляторлары(байланыстырушы төсеніштерді қоспағанда), осылайша интеграция тығыздығын арттырады және чиптің ауданын азайтады. Екіншіден, қабаттасқан электрод дизайны терминалдық резисторларды пайдалануды қажет етпейді, осылайша құрылғының сыйымдылығын және битке шаққандағы энергияны азайтады. Үшіншіден, тасымалдаушыны басу мүмкіндігі беріліс қуатын азайтуды барынша арттырады, бұл энергия тиімділігін одан әрі жақсартады.
Сонымен қатар, GeSi EAM оптикалық өткізу қабілеттілігі өте кең (30 нанометрден астам), бұл микротолқынды модуляторлардың (MRM) резонансын тұрақтандыру және синхрондау үшін көп арналы кері байланысты басқару тізбектері мен процессорларының қажеттілігін жояды, осылайша дизайнды жеңілдетеді.
Бұл ықшам және тиімді IQ модуляторы келесі буын, көп арналы және деректер орталықтарындағы шағын когерентті қабылдағыш-таратқыштар үшін өте қолайлы, бұл жоғары сыйымдылықты және энергияны үнемдейтін оптикалық байланысты қамтамасыз етеді.
Тасымалдаушы басылған кремний IQ модуляторы 20% SD-FEC жағдайында 150 Гбит/с дейінгі деректерді беру жылдамдығымен тамаша өнімділік көрсетеді. GeSi EAM негізіндегі оның ықшам 3 иінді құрылымы із қалдыру, энергия тиімділігі және дизайнның қарапайымдылығы тұрғысынан айтарлықтай артықшылықтарға ие. Бұл модулятор оптикалық тасымалдаушыны басуға немесе реттеуге мүмкіндік береді және көп желілі ықшам когерентті қабылдағыш-таратқыштарға арналған когерентті анықтау және Kramer Kronig (KK) анықтау схемаларымен біріктірілуі мүмкін. Көрсетілген жетістіктер деректер орталықтарында және басқа да салаларда жоғары сыйымдылықты деректер байланысына деген өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандыру үшін жоғары интеграцияланған және тиімді оптикалық қабылдағыш-таратқыштарды енгізуге ықпал етеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 21 қаңтар