Шағын кремний негізіндегі оптоэлектроникаIQ модуляторыжоғары жылдамдықты когерентті байланыс үшін
Деректер орталықтарында жоғарырақ деректерді беру жылдамдығына және энергияны үнемдейтін қабылдағыштарға сұраныстың артуы ықшам жоғары өнімділікті дамытуға түрткі болды.оптикалық модуляторлар. Кремний негізіндегі оптоэлектрондық технология (SiPh) ықшам және үнемді шешімдерге мүмкіндік беретін әртүрлі фотонды компоненттерді бір чипке біріктірудің перспективалы платформасына айналды. Бұл мақалада GeSi EAM негізіндегі кремний IQ модуляторы 75 Гбаудқа дейінгі жиілікте жұмыс істей алатын жаңа тасымалдаушы басылған кремний IQ модуляторы зерттеледі.
Құрылғының дизайны және сипаттамалары
Ұсынылған IQ модуляторы 1 (а) суретінде көрсетілгендей ықшам үш қол құрылымын қабылдайды. Симметриялы конфигурацияны қабылдайтын үш GeSi EAM және үш термооптикалық фаза ауыстырғыштарынан тұрады. Кіріс жарығы торлы қосқыш (GC) арқылы чипке қосылады және 1×3 мультимодалы интерферометр (MMI) арқылы үш жолға біркелкі бөлінеді. Модулятор мен фазалық ауыстырғыш арқылы өткеннен кейін жарық басқа 1×3 ММИ арқылы қайта біріктіріліп, содан кейін бір режимді талшыққа (SSMF) қосылады.
1-сурет: (a) IQ модуляторының микроскопиялық кескіні; (b) – (d) EO S21, жойылу коэффициенті спектрі және жалғыз GeSi EAM өткізгіштігі; (e) IQ модуляторының және фазалық ауыстырғыштың сәйкес оптикалық фазасының схемалық диаграммасы; (f) Күрделі жазықтықта тасымалдаушының басылуын көрсету. 1 (b) суретте көрсетілгендей, GeSi EAM кең электрооптикалық өткізу қабілеттілігіне ие. 1 (b) суретте 67 ГГц оптикалық құрамдас анализатор (LCA) көмегімен жалғыз GeSi EAM сынақ құрылымының S21 параметрі өлшенген. 1 (c) және 1 (d) суреттері тиісінше әртүрлі тұрақты ток кернеулеріндегі статикалық өшу коэффициенті (ER) спектрлерін және 1555 нанометр толқын ұзындығындағы берілістерді бейнелейді.
1 (e) суретте көрсетілгендей, бұл дизайнның негізгі ерекшелігі ортаңғы иіндегі біріктірілген фазалық ауыстырғышты реттеу арқылы оптикалық тасымалдаушыларды басу мүмкіндігі болып табылады. Жоғарғы және төменгі қолдар арасындағы фазалар айырымы π/2, күрделі баптау үшін пайдаланылады, ал ортаңғы иық арасындағы фазалар айырмашылығы -3 π/4. Бұл конфигурация 1 (f) суретіндегі күрделі жазықтықта көрсетілгендей тасымалдаушыға деструктивті кедергі жасауға мүмкіндік береді.
Эксперименттік орнату және нәтижелер
Жоғары жылдамдықты эксперименттік қондырғы 2 (а) суретте көрсетілген. Сигнал көзі ретінде ерікті толқын пішінінің генераторы (Keysight M8194A) пайдаланылады және модулятор драйверлері ретінде екі 60 ГГц фазаға сәйкес келетін РЖ күшейткіштері (біріктірілген қиғаштары бар) пайдаланылады. GeSi EAM ығысу кернеуі -2,5 В және фазаға сәйкес келетін РЖ кабелі I және Q арналары арасындағы электрлік фазалық сәйкессіздікті азайту үшін пайдаланылады.
2-сурет: (a) Жоғары жылдамдықты эксперименттік орнату, (b) 70 Гбаудта тасымалдаушының басылуы, (c) Қате жылдамдығы және деректер жылдамдығы, (d) 70 Гбаудтағы Constellation. Оптикалық тасымалдаушы ретінде желі ені 100 кГц, толқын ұзындығы 1555 нм және қуаты 12 дБм коммерциялық сыртқы қуысты лазерді (ECL) пайдаланыңыз. Модуляциядан кейін оптикалық сигнал a көмегімен күшейтіледіэрбий қосылған талшықты күшейткіш(EDFA).
Қабылдау соңында оптикалық спектр анализаторы (OSA) 70 Гбауд сигналы үшін 2 (b) суретте көрсетілгендей сигнал спектрін және тасымалдаушының басылуын бақылайды. Сигналдарды қабылдау үшін қос поляризациялық когерентті қабылдағышты пайдаланыңыз, ол 90 градустық оптикалық араластырғыш пен төрт40 ГГц теңдестірілген фотодиодтар, және 33 ГГц, 80 ГСа/с нақты уақыттағы осциллографқа (RTO) (Keysight DSOZ634A) қосылған. Жергілікті осциллятор (LO) ретінде желі ені 100 кГц екінші ECL көзі пайдаланылады. Таратқыштың бір поляризация жағдайында жұмыс істеуіне байланысты аналогты-сандық түрлендіру (ADC) үшін тек екі электронды арна қолданылады. Деректер RTO-ға жазылады және желіден тыс цифрлық сигнал процессоры (DSP) арқылы өңделеді.
2 (c) суретте көрсетілгендей, IQ модуляторы QPSK модуляция пішімін пайдаланып, 40 Гбаудтан 75 Гбадқа дейін сыналды. Нәтижелер 7% қатаң шешімді алға жіберу қателерін түзету (HD-FEC) жағдайында жылдамдық 140 Гбит/с жетуі мүмкін екенін көрсетеді; 20% жұмсақ шешім қатесін түзету (SD-FEC) жағдайында жылдамдық 150 Гб/с жетуі мүмкін. 70 Гбаудтағы шоқжұлдыз диаграммасы 2 (d) суретте көрсетілген. Нәтиже осциллографтың 33 ГГц өткізу қабілетімен шектеледі, бұл шамамен 66 Гбауд сигнал өткізу қабілетіне тең.
2 (b)-суретте көрсетілгендей, үш тұтқаның құрылымы 30 дБ-ден асатын бос болу жылдамдығымен оптикалық тасымалдаушыларды тиімді түрде баса алады. Бұл құрылым тасымалдаушының толық басылуын қажет етпейді және сонымен қатар Kramer Kronig (KK) қабылдағыштары сияқты сигналдарды қалпына келтіру үшін тасымалдаушы тондарын қажет ететін қабылдағыштарда қолданылуы мүмкін. Қажетті тасымалдаушының бүйірлік жолақ қатынасына (CSR) қол жеткізу үшін тасымалдаушыны орталық қол фазасының ауыстырғышы арқылы реттеуге болады.
Артықшылықтары мен қолданбалары
Дәстүрлі Mach Zehnder модуляторларымен салыстырғанда (MZM модуляторлары) және кремний негізіндегі басқа оптоэлектрондық IQ модуляторлары, ұсынылған кремний IQ модуляторының көптеген артықшылықтары бар. Біріншіден, ол ықшам өлшемді, негізіндегі IQ модуляторларынан 10 есе азMach Zehnder модуляторлары(байланыстыру төсемдерін қоспағанда), осылайша интеграция тығыздығын арттырады және чиптің аумағын азайтады. Екіншіден, жинақталған электрод конструкциясы терминалдық резисторларды пайдалануды қажет етпейді, осылайша құрылғының сыйымдылығын және бір бит энергиясын азайтады. Үшіншіден, тасымалдаушының басу мүмкіндігі энергия тиімділігін одан әрі жақсарта отырып, беру қуатын барынша азайтуға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, GeSi EAM оптикалық өткізу қабілеттілігі өте кең (30 нанометрден астам), микротолқынды модуляторлардың (MRM) резонанстарын тұрақтандыру және синхрондау үшін көп арналы кері байланысты басқару схемалары мен процессорлардың қажеттілігін жояды, осылайша дизайнды жеңілдетеді.
Бұл ықшам және тиімді IQ модуляторы жаңа буын, жоғары арналар саны және деректер орталықтарындағы шағын когерентті трансиверлер үшін өте қолайлы, бұл жоғары сыйымдылықты және энергияны үнемдейтін оптикалық байланысты қамтамасыз етеді.
Тасымалдаушы басылған кремний IQ модуляторы 20% SD-FEC жағдайында 150 Гб/с дейінгі деректерді беру жылдамдығымен тамаша өнімділікті көрсетеді. Оның GeSi EAM негізіндегі ықшам 3 иінді құрылымы ізі, энергия тиімділігі және дизайнның қарапайымдылығы тұрғысынан маңызды артықшылықтарға ие. Бұл модулятор оптикалық тасымалдаушыны басу немесе реттеу мүмкіндігіне ие және көп сызықты ықшам когерентті трансиверлер үшін когерентті анықтау және Kramer Kronig (KK) анықтау схемаларымен біріктірілуі мүмкін. Көрсетілген жетістіктер деректер орталықтарында және басқа салаларда жоғары сыйымдылықты деректер байланысына өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандыру үшін жоғары интеграцияланған және тиімді оптикалық қабылдағыштарды жүзеге асыруға ықпал етеді.
Жіберу уақыты: 21 қаңтар-2025 ж