კომპაქტური სილიკონის დაფუძნებული ოპტოელექტრონულიIQ მოდულატორიმაღალსიჩქარიანი თანმიმდევრული კომუნიკაციისთვის
მონაცემთა გადაცემის უფრო მაღალი მაჩვენებლებისა და მონაცემთა ცენტრებში უფრო ენერგოეფექტური გადამცემების მზარდი მოთხოვნილება განაპირობა კომპაქტური მაღალი ხარისხის განვითარებამოპტიკური მოდულატორები. სილიკონის დაფუძნებული ოპტოელექტრონული ტექნოლოგია (SIPH) გახდა პერსპექტიული პლატფორმა სხვადასხვა ფოტონური კომპონენტების ერთ ჩიპზე ინტეგრირებისთვის, რაც საშუალებას აძლევს კომპაქტურ და ხარჯების ეფექტურ გადაწყვეტილებებს. ეს სტატია შეისწავლის რომანი გადამზიდავი დათრგუნული სილიკონის IQ მოდულატორი, რომელიც დაფუძნებულია GESI EAMS– ზე, რომელსაც შეუძლია 75 GBAUD– მდე სიხშირით.
მოწყობილობის დიზაინი და მახასიათებლები
შემოთავაზებული IQ მოდულატორი იღებს კომპაქტურ სამ მკლავ სტრუქტურას, როგორც ეს მოცემულია ნახაზზე 1 (ა). შედგენილია სამი GESI EAM და სამი თერმო ოპტიკური ფაზის ცვლა, რომელიც იღებს სიმეტრიულ კონფიგურაციას. შეყვანის შუქი ჩიპში შედის გრიპის შეერთების (GC) მეშვეობით და თანაბრად იყოფა სამ ბილიკზე 1 × 3 მულტიმოდური ინტერფერომეტრის (MMI) მეშვეობით. მოდულატორისა და ფაზის შეცვლის გავლის შემდეგ, შუქი გადაკეთებულია კიდევ 1 × 3 მმ-ით, შემდეგ კი ერთ რეჟიმში ბოჭკოსთან (SSMF).
სურათი 1: (ა) IQ მოდულატორის მიკროსკოპული სურათი; (ბ) - (დ) EO S21, გადაშენების თანაფარდობის სპექტრი და ერთი GESI EAM– ის გადაცემა; (e) IQ მოდულატორის სქემატური დიაგრამა და ფაზის შეცვლის შესაბამისი ოპტიკური ფაზა; (ვ) გადამზიდავი ჩახშობის წარმომადგენლობა რთულ თვითმფრინავზე. როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 1 (ბ), GESI EAM– ს აქვს ფართო ელექტრო-ოპტიკური გამტარობა. სურათი 1 (ბ) გაზომეს ერთი GESI EAM ტესტის სტრუქტურის S21 პარამეტრი 67 გიგაჰერცის ოპტიკური კომპონენტის ანალიზატორის (LCA) გამოყენებით. ფიგურები 1 (გ) და 1 (დ) შესაბამისად ასახავს სტატიკური გადაშენების თანაფარდობის (ER) სპექტრს სხვადასხვა DC ძაბვებზე და ტრანსმისია 1555 ნანომეტრის ტალღის სიგრძეზე.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 1 (ე), ამ დიზაინის მთავარი მახასიათებელია ოპტიკური მატარებლების ჩახშობის შესაძლებლობა შუა მკლავში ინტეგრირებული ფაზის გადასვლის რეგულირებით. ფაზის სხვაობა ზედა და ქვედა მკლავებს შორის არის π/2, რომელიც გამოიყენება რთული გასწორებისთვის, ხოლო შუა მკლავს შორის ფაზური განსხვავებაა -3 π/4. ეს კონფიგურაცია საშუალებას იძლევა დესტრუქციული ჩარევა გადამზიდავში, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზის 1 (ვ) კომპლექსურ სიბრტყეში.
ექსპერიმენტული დაყენება და შედეგები
მაღალსიჩქარიანი ექსპერიმენტული დაყენება ნაჩვენებია ნახაზში 2 (ა). თვითნებური ტალღის გენერატორი (Keysight M8194A) გამოიყენება როგორც სიგნალის წყარო, ხოლო ორი 60 გიგაჰერცის ფაზა შეესაბამება RF გამაძლიერებელს (ინტეგრირებული მიკერძოებით) გამოიყენება როგორც მოდულატორის დრაივერი. GESI EAM- ის მიკერძოებული ძაბვა არის -2.5 V, ხოლო ფაზა შესაბამისი RF კაბელი გამოიყენება I და Q არხებს შორის ელექტრული ფაზის შეუსაბამობის შესამცირებლად.
სურათი 2: (ა) მაღალი სიჩქარის ექსპერიმენტული კონფიგურაცია, (ბ) გადამზიდავი ჩახშობა 70 GBAUD, (გ) შეცდომის სიჩქარე და მონაცემთა სიჩქარე, (დ) თანავარსკვლავედი 70 GBAUD- ზე. გამოიყენეთ კომერციული გარე ღრუს ლაზერი (ECL), რომელსაც აქვს 100 კჰც -ის ხაზოვანი, ტალღის სიგრძე 1555 ნმ და 12 დბმ, როგორც ოპტიკური გადამზიდავი. მოდულაციის შემდეგ, ოპტიკური სიგნალი გაძლიერებულიაErbium-Doped ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი(EDFA) კომპენსაციისთვის ჩიპის დაწყვილების ზარალისა და მოდულატორის ჩასმის ზარალის ანაზღაურება.
მიღების ბოლოს, ოპტიკური სპექტრის ანალიზატორი (OSA) აკონტროლებს სიგნალის სპექტრს და გადამზიდავების ჩახშობას, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზზე 2 (ბ) 70 GBAUD სიგნალისთვის. გამოიყენეთ ორმაგი პოლარიზაციის თანმიმდევრული მიმღები სიგნალების მისაღებად, რომელიც შედგება 90 გრადუსიანი ოპტიკური მიქსერისგან და ოთხი40 გიგაჰერცი დაბალანსებული ფოტოდიოდე, და უკავშირდება 33 გიგაჰერზს, 80 GSA/S რეალურ დროში ოსცილოსკოპს (RTO) (Keysight DSOZ634A). მეორე ECL წყარო, რომელსაც აქვს 100 kHz ხაზით, გამოიყენება როგორც ადგილობრივი ოსტილატორი (LO). გადამცემიდან, რომელიც მოქმედებს ერთჯერადი პოლარიზაციის პირობებში, მხოლოდ ორი ელექტრონული არხი გამოიყენება ანალოგურ-ციფრული კონვერტაციისთვის (ADC). მონაცემები ჩაწერილია RTO- ზე და დამუშავებულია ოფლაინ ციფრული სიგნალის პროცესორის (DSP) გამოყენებით.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 2 (გ), IQ მოდულატორი შემოწმდა QPSK მოდულაციის ფორმატის გამოყენებით 40 GBAUD– დან 75 GBAUD– მდე. შედეგები მიუთითებს, რომ 7% –ით მძიმე გადაწყვეტილების წინსვლის შეცდომის კორექტირების (HD-FEC) პირობებში, განაკვეთმა შეიძლება მიაღწიოს 140 გბ/წმ; 20% რბილი გადაწყვეტილების წინსვლის შეცდომის კორექტირების პირობებში (SD-FEC), სიჩქარეს შეუძლია მიაღწიოს 150 გბ/წმ. თანავარსკვლავედის დიაგრამა 70 GBAUD- ზე ნაჩვენებია ნახაზზე 2 (დ). შედეგი შემოიფარგლება 33 გიგაჰერცის ოსცილოსკოპის სიჩქარესთან, რაც ექვემდებარება სიგნალის სიჩქარეს დაახლოებით 66 GBAUD.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 2 (ბ), სამი მკლავის სტრუქტურას შეუძლია ეფექტურად ჩახშოს ოპტიკური მატარებლები, რომელზეც შეიძლება აღემატებოდეს 30 დბ. ეს სტრუქტურა არ საჭიროებს გადამზიდავის სრულ ჩახშობას და ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიმღებებში, რომლებიც საჭიროებენ გადამზიდავ ტონებს სიგნალების აღდგენის მიზნით, მაგალითად, კრამერ კრონიგი (KK) მიმღები. გადამზიდავი შეიძლება მორგებული იყოს ცენტრალური მკლავის ფაზის მეშვეობით, რათა მიაღწიოს სასურველ გადამზიდავს გვერდითი ხაზის თანაფარდობას (CSR).
უპირატესობები და პროგრამები
შედარებით ტრადიციულ Mach Zehnder მოდულატორებთან შედარებით (MZM მოდულატორები) და სხვა სილიკონზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონული IQ მოდულატორები, შემოთავაზებულ სილიკონის IQ მოდულატორს აქვს მრავალი უპირატესობა. პირველ რიგში, ის კომპაქტურია ზომით, 10 -ჯერ მეტია, ვიდრე IQ მოდულატორებიMach Zehnder მოდულატორები(შემაკავშირებელი ბალიშების გამოკლებით), რითაც იზრდება ინტეგრაციის სიმკვრივე და შემცირდება ჩიპის არეალი. მეორეც, stacked ელექტროდის დიზაინი არ მოითხოვს ტერმინალის რეზისტორების გამოყენებას, რითაც ამცირებს მოწყობილობის ტევადობას და ენერგიას თითო ბიტიზე. მესამე, გადამზიდავი ჩახშობის შესაძლებლობა მაქსიმალურად ზრდის გადამცემი ენერგიის შემცირებას, რაც კიდევ უფრო აუმჯობესებს ენერგოეფექტურობას.
გარდა ამისა, GESI EAM– ის ოპტიკური სიჩქარეს ძალიან ფართოა (30-ზე მეტი ნანომეტრი), რაც აღმოფხვრის მრავალარხიანი უკუკავშირის საკონტროლო სქემების და პროცესორების საჭიროებას მიკროტალღური მოდულატორების რეზონანსის სტაბილიზაციისა და სინქრონიზაციის მიზნით, რითაც ამარტივებს დიზაინს.
ეს კომპაქტური და ეფექტური IQ მოდულატორი ძალზე შესაფერისია შემდეგი თაობის, მაღალი არხის დათვლისა და მცირე თანმიმდევრული გადამცემი მონაცემთა ცენტრებში, რაც საშუალებას იძლევა უფრო მაღალი სიმძლავრე და უფრო ენერგოეფექტური ოპტიკური კომუნიკაცია.
გადამზიდავმა დათრგუნული სილიკონის IQ მოდულატორი აჩვენებს შესანიშნავი შესრულებას, მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე 150 გბ/წმ-მდე 20% SD-FEC პირობებში. მისი კომპაქტური 3-მკლავის სტრუქტურა, რომელიც დაფუძნებულია GESI EAM– ზე, აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობა ნაკვალევის, ენერგოეფექტურობისა და დიზაინის სიმარტივის თვალსაზრისით. ამ მოდულატორს აქვს ოპტიკური გადამზიდავის ჩახშობის ან რეგულირების უნარი და შეიძლება ინტეგრირებული იყოს თანმიმდევრული გამოვლენის და კრამერ კრონიგის (KK) გამოვლენის სქემებით მრავალ ხაზის კომპაქტური თანმიმდევრული გადამცემი. დემონსტრირებული მიღწევები იწვევს მაღალი ინტეგრირებული და ეფექტური ოპტიკური გადამცემების რეალიზაციას, რათა დააკმაყოფილოს მონაცემთა მაღალი სიმძლავრის კომუნიკაციის მზარდი მოთხოვნა მონაცემთა ცენტრებსა და სხვა სფეროებში.
პოსტის დრო: იან -21-2025