Kompakti piipohjainen optoelektroniikkaIQ -modulaattorinopean johdonmukaisen viestintä
Korkeamman tiedonsiirtoasteen kasvava kysyntä ja datakeskusten energiatehokkaammat lähetinvastaanottimet ovat johtaneet kompakti korkean suorituskyvyn kehittämiseenoptiset modulaattorit. Piipohjaisesta optoelektronisesta tekniikasta (SIPH) on tullut lupaava alusta erilaisten fotonisten komponenttien integroimiseksi yhteen siruun, mikä mahdollistaa kompaktit ja kustannustehokkaat ratkaisut. Tässä artikkelissa tutkitaan uutta kantoaaltoa, joka tukahdutetaan Piili -IQ -modulaattoriin, joka perustuu Gesi EAM: iin, joka voi toimia jopa 75 GBAUD: n taajuudella.
Laitteen suunnittelu ja ominaisuudet
Ehdotettu IQ -modulaattori käyttää kompaktia kolmen käsivarren rakenteen, kuten kuvassa 1 (a) esitetään. Koostuu kolmesta GESI EAM- ja kolmesta termo -optisesta vaihesiirtimestä, ottaen käyttöön symmetrinen kokoonpano. Syöttövalo kytketään siruun ritiläkytkimen (GC) kautta ja jaetaan tasaisesti kolmeen polkuun 1 x 3 multimode -interferometrin (MMI) läpi. Modulaattorin ja faasinvaihtimen läpi kulkeutumisen jälkeen valo yhdistetään toisella 1 x 3 mMI: llä ja kytketään sitten yhden moodin kuituun (SSMF).
Kuva 1: (a) IQ -modulaattorin mikroskooppinen kuva; (b) - (d) EO S21, sukupuuttosuhteen spektri ja yhden Gesi EAM: n läpäisevyys; (E) IQ -modulaattorin kaavio ja vastaavan vaiheen vaiheen vastaava optinen vaihe; (f) Kantajan tukahduttamisen esitys kompleksissa. Kuten kuviossa 1 (b) esitetään, Gesi EAM: lla on leveä sähköoptinen kaistanleveys. Kuvio 1 (b) mitattiin yhden GESI EAM -tesirakenteen S21 -parametrin käyttämällä 67 GHz: n optisen komponentin analysaattoria (LCA). Kuviot 1 (c) ja 1 (d) kuvaavat vastaavasti staattista sukupuuttoon (ER) spektrit eri tasavirtajännitteillä ja lähetys 1555 nanometrin aallonpituudella.
Kuten kuviossa 1 (e) esitetään, tämän suunnittelun pääpiirteenä on kyky tukahduttaa optiset kantajat säätämällä integroitua vaihesiirtoa keskimmäisessä varressa. Vaiheero ylemmän ja alavarren välillä on π/2, jota käytetään kompleksiseen virityksessä, kun taas keskimmäisen varren välinen vaiheero on -3 π/4. Tämä kokoonpano mahdollistaa kuljettajan tuhoisat häiriöt, kuten kuvan 1 (f) kompleksissa esitetään.
Kokeellinen asennus ja tulokset
Nopea kokeellinen asennus on esitetty kuvassa 2 (A). Signaalilähteenä käytetään mielivaltaista aaltomuodon generaattoria (Keysight M8194A) ja modulaattoriohjaimina käytetään kahta 60 GHz -faasi -sovitettua RF -vahvistimia (integroitujen bias -teesten kanssa). GESI EAM: n esijännite on -2,5 V, ja vaiheen sovitettua RF -kaapelia käytetään minimoimaan sähköisen vaiheen epäsuhta I- ja Q -kanavien välillä.
Kuva 2: (a) Nopea kokeellinen asetus, (b) kantaja -asteen tukahduttaminen 70 gbaudilla, (c) virhesuhde ja datanopeus, (d) yhdistelmä 70 gbaudilla. Käytä kaupallista ulkoista onkalo -laseria (ECL), jonka linjaleveys on 100 kHz, aallonpituus 1555 nm ja tehoa 12 dBm optisena kantolaitteena. Modulaation jälkeen optinen signaali monistetaan käyttämälläErbium-seostettu kuituvahvistin(EDFA) kompensoida siru-kytkentätappioita ja modulaattorin lisäyshäviöitä.
Vastaanottavassa päässä optisen spektrianalysaattori (OSA) tarkkailee signaalispektriä ja kantoaalto -tukahduttamista, kuten kuvassa 2 (b) esitetään 70 GBAUD -signaalille. Käytä kaksoispolarisaatio -yhtenäistä vastaanotinta vastaanottamaan signaaleja, jotka koostuvat 90 asteen optisesta sekoittimesta ja neljästä40 GHz: n tasapainotetut fotodiodit, ja se on kytketty 33 GHz: n, 80 GSA/S-reaaliaikaiseen oskilloskooppiin (RTO) (Keysight DSOZ634A). Toista ECL -lähdettä, jonka linjaleveys on 100 kHz, käytetään paikallisena oskillaattorina (LO). Yhden polarisaatio-olosuhteissa toimivan lähettimen takia vain kahta elektronista kanavaa käytetään analogiseen digitaaliseen muuntamiseen (ADC). Tiedot tallennetaan RTO: lla ja käsitellään offline -digitaalisen signaalin prosessorin (DSP) avulla.
Kuten kuviossa 2 (c) esitetään, IQ -modulaattori testattiin käyttämällä QPSK -modulaatiomuotoa 40 GBAUD: sta 75 GBaudiin. Tulokset osoittavat, että alle 7%: n kovan päätöksen eteenpäin suuntautuvan virheenkorjauksen (HD-FEC) olosuhteet, nopeus voi saavuttaa 140 Gt/s; Edellytyksessä 20% pehmeän päätöksentekovirheiden korjaus (SD-FEC) nopeus voi saavuttaa 150 Gt/s. Konstellaatiokaavio 70 gbaudissa on esitetty kuvassa 2 (d). Tulosta rajoittaa 33 GHz: n oskilloskoopin kaistanleveys, joka vastaa noin 66 GBAUD: n signaalin kaistanleveyttä.
Kuten kuviossa 2 (b) esitetään, kolme ARM -rakenne voi tukahduttaa tehokkaasti optiset kantajat, joiden tyhjennysnopeus on yli 30 dB. Tämä rakenne ei vaadi kantoaallon täydellistä tukahduttamista, ja sitä voidaan käyttää myös vastaanottimissa, jotka vaativat kantoaaltoääniä signaalien palauttamiseksi, kuten Kramer Kronig (KK) -vastaanottimille. Kantajaa voidaan säätää keskusvarren vaiheen vaihtajan läpi halutun kantoaallon ja sivukaistan suhteen (CSR) saavuttamiseksi.
Edut ja sovellukset
Verrattuna perinteisiin Mach Zehnder -modulaattoreihin (MZM -modulaattorit) ja muilla piidioksidipohjaisilla optoelektronisilla IQ-modulaattoreilla, ehdotetulla Piili-IQ-modulaattorilla on useita etuja. Ensinnäkin se on kooltaan kompakti, yli 10 kertaa pienempi kuin IQ -modulaattoritMach Zehnder -modulaattorit(lukuun ottamatta sidostyynyjä), mikä lisää integraatiotiheyttä ja vähentää sirualuetta. Toiseksi pinottu elektrodisuunnittelu ei vaadi päätevastusten käyttöä, mikä vähentää laitteen kapasitanssia ja energiaa bittiä kohti. Kolmanneksi kantoaallon tukahduttamiskyky maksimoi siirtotehon vähentymisen parantaen edelleen energiatehokkuutta.
Lisäksi Gesi EAM: n optinen kaistanleveys on erittäin leveä (yli 30 nanometriä), mikä eliminoi monikanavaisten palautteen ohjauspiirien ja -prosessorien tarpeen mikroaaltomodulaattorien (MRMS) resonanssin stabiloimiseksi ja synkronoimiseksi, yksinkertaistaen siten suunnittelua.
Tämä kompakti ja tehokas IQ-modulaattori on erittäin sopiva seuraavan sukupolven, korkean kanavan määrän ja pienten koherenttien lähetinvastaanottimiin tietokeskuksissa, mikä mahdollistaa korkeamman kapasiteetin ja energiatehokkaamman optisen tiedonannon.
Kantoaalto tukahdutti Piily IQ -modulaattorin erinomaisen suorituskyvyn, ja tiedonsiirtoprosentti on jopa 150 Gt/s 20% SD-FEC-olosuhteissa. Sen kompakti 3-käsivarren rakenne, joka perustuu GESI EAM: iin, on merkittäviä etuja jalanjäljen, energiatehokkuuden ja suunnittelun yksinkertaisuuden suhteen. Tällä modulaattorilla on kyky tukahduttaa tai säätää optista kantoaaltoa, ja se voidaan integroida koherenttien havaitsemisen ja Kramer Kronig (KK) -tunnistusjärjestelmien kanssa monilinjan kompakteille koherenttille lähetinvastaanottimille. Osoitetut saavutukset lisäävät erittäin integroidun ja tehokkaan optisen lähetinvastaanottimien toteuttamista vastaamaan suuren kapasiteetin tietoviestinnän kasvavaa kysyntää tietokeskuksissa ja muissa aloilla.
Viestin aika: tammikuu 21-2025