Kompakt kiselbaserad optoelektronikIQ -modulatorför höghastighets sammanhängande kommunikation
Den ökande efterfrågan på högre dataöverföringshastigheter och mer energieffektiva sändtagare i datacenter har drivit utvecklingen av kompakt högpresterandeoptiska modulatorer. Siliconbaserad optoelektronisk teknik (SIPH) har blivit en lovande plattform för att integrera olika fotoniska komponenter på ett enda chip, vilket möjliggör kompakta och kostnadseffektiva lösningar. Den här artikeln kommer att utforska en ny bärare undertryckt kisel IQ -modulator baserad på Gesi Eams, som kan fungera med en frekvens av upp till 75 GBAud.
Enhetsdesign och egenskaper
Den föreslagna IQ -modulatorn antar en kompakt tre armstruktur, såsom visas i figur 1 (a). Sammansatt av tre Gesi Eam och tre termooptiska fasförskjutare, med en symmetrisk konfiguration. Ingångslampan kopplas in i chipet genom en gitterkopplare (GC) och jämnt uppdelas i tre vägar genom en 1 × 3 multimodinterferometer (MMI). Efter att ha passerat genom modulatorn och fasskiftaren rekombineras ljuset med ytterligare 1 × 3 mmi och kopplas sedan till en enstaka fiber (SSMF).
Figur 1: (a) mikroskopisk bild av IQ -modulator; (b) - (d) EO S21, spektrum av utrotningsförhållande och överföring av en enda GESI EAM; (e) schematiskt diagram över IQ -modulator och motsvarande optisk fas för fasskiftare; (f) Representation av bärarundertryckning på det komplexa planet. Såsom visas i figur 1 (b) har Gesi Eam en bred elektrooptisk bandbredd. Figur 1 (b) uppmätt S21 -parametern för en enda GESI EAM -teststruktur med användning av en 67 GHz optisk komponentanalysator (LCA). Figurerna 1 (c) respektive 1 (d) visar det statiska utrotningsförhållandet (ER) spektra vid olika DC -spänningar och transmissionen vid en våglängd av 1555 nanometrar.
Såsom visas i figur 1 (e) är huvudfunktionen i denna design förmågan att undertrycka optiska bärare genom att justera den integrerade fasskiftaren i mittarmen. Fasskillnaden mellan de övre och nedre armarna är π/2, som används för komplex inställning, medan fasskillnaden mellan mittarmen är -3 π/4. Denna konfiguration möjliggör destruktiv störning till bäraren, såsom visas i det komplexa planet i figur 1 (f).
Experimentell installation och resultat
Den höghastighets experimentella installationen visas i figur 2 (a). En godtycklig vågformgenerator (Keysight M8194A) används som signalkälla, och två 60 GHz -fasmatchade RF -förstärkare (med integrerade förspännings -tees) används som modulatordrivare. Förspänningsspänningen för GESI EAM är -2,5 V, och en fasmatchad RF -kabel används för att minimera elektrisk fasanpassning mellan I- och Q -kanalerna.
Figur 2: (a) Höghastighetsexperimentell installation, (b) bärare undertryckning vid 70 GBAUD, (c) felhastighet och datahastighet, (d) konstellation vid 70 GBAUD. Använd en kommersiell extern kavitetslaser (ECL) med en linjebredd på 100 kHz, våglängden 1555 nm och effekt på 12 dBm som den optiska bäraren. Efter modulering amplifieras den optiska signalen med hjälp av enerbiumdoped fiberförstärkare(EDFA) för att kompensera för förluster på chipet och förlust av modulatorer.
I den mottagande änden övervakar en optisk spektrumanalysator (OSA) signalspektrumet och bärarundertryckningen, såsom visas i figur 2 (b) för en 70 Gbaud -signal. Använd en sammanhängande mottagare med dubbla polariseringar för att ta emot signaler, som består av en 90 graders optisk mixer och fyra40 GHz balanserade fotodioderoch är ansluten till ett 33 GHz, 80 GSA/s realtidsoscilloskop (RTO) (Keysight DSOz634A). Den andra ECL -källan med en linjebredd på 100 kHz används som en lokal oscillator (LO). På grund av sändaren som arbetar under enstaka polarisationsförhållanden används endast två elektroniska kanaler för analog till digital omvandling (ADC). Uppgifterna registreras på RTO och behandlas med hjälp av en offline digital signalprocessor (DSP).
Såsom visas i figur 2 (c) testades IQ -modulatorn med användning av QPSK -moduleringsformat från 40 Gbaud till 75 Gbaud. Resultaten indikerar att under 7% hårda beslut framåt felkorrigering (HD-FEC) villkor kan hastigheten nå 140 GB/s; Under villkoret för 20% mjukt beslut framåt felkorrigering (SD-FEC) kan hastigheten nå 150 GB/s. Konstellationsdiagrammet vid 70 Gbaud visas i figur 2 (d). Resultatet begränsas av oscilloskopbandbredden på 33 GHz, vilket motsvarar en signalbandbredd på cirka 66 GBAUD.
Såsom visas i figur 2 (b) kan tre armstrukturen effektivt undertrycka optiska bärare med en tätthastighet som överstiger 30 dB. Denna struktur kräver inte fullständig undertryckning av bäraren och kan också användas i mottagare som kräver bärartoner för att återställa signaler, såsom Kramer Kronig (KK) mottagare. Bäraren kan justeras genom en central armfasskiftare för att uppnå det önskade förhållandet mellan bärare till sidoband (CSR).
Fördelar och applikationer
Jämfört med traditionella Mach Zehnder -modulatorer (MZM -modulatorer) och andra kiselbaserade optoelektroniska IQ-modulatorer, den föreslagna kisel IQ-modulatorn har flera fördelar. För det första är det kompakt i storlek, mer än 10 gånger mindre än IQ -modulatorer baserat påMach Zehnder -modulatorer(exklusive bindningskuddar), vilket ökar integrationstätheten och minskar chipområdet. För det andra kräver den staplade elektrodkonstruktionen inte användning av terminalmotstånd, varigenom enhetens kapacitans och energi minskar enheten per bit. För det tredje maximerar bärarundertryckningsförmågan minskningen av överföringseffekten, vilket ytterligare förbättrar energieffektiviteten.
Dessutom är den optiska bandbredden för GESI EAM mycket bred (över 30 nanometer), vilket eliminerar behovet av flerkanaliga återkopplingskretsar och processorer för att stabilisera och synkronisera resonansen av mikrovågsmodulatorer (MRM), och därigenom förenkla designen.
Denna kompakta och effektiva IQ-modulator är mycket lämplig för nästa generations, högt kanalantal och små sammanhängande sändtagare i datacenter, vilket möjliggör högre kapacitet och mer energieffektiv optisk kommunikation.
Bäraret undertryckt kisel IQ-modulator uppvisar utmärkt prestanda, med en dataöverföringshastighet på upp till 150 GB/s under 20% SD-FEC-förhållanden. Dess kompakta 3-armstruktur baserad på GESI EAM har betydande fördelar när det gäller fotavtryck, energieffektivitet och design enkelhet. Denna modulator har förmågan att undertrycka eller justera den optiska bäraren och kan integreras med sammanhängande detektion och Kramer Kronig (KK) detekteringsscheman för multilinjekompakta sammanhängande sändtagare. De demonstrerade prestationerna driver förverkligandet av mycket integrerade och effektiva optiska sändtagare för att möta den växande efterfrågan på högkapacitet datakommunikation i datacentra och andra fält.
Inläggstid: jan-21-2025