Yilni kremniy asosidagi optoelektronikaIQ modulyatoriyuqori tezlikdagi izchil aloqa uchun
Ma'lumotlar markazlarida yuqori ma'lumotlar uzatish tezligi va energiya tejamkorroq qabul qilgich-uzatgichlarga bo'lgan talabning ortishi ixcham yuqori samarali qurilmalarning rivojlanishiga turtki bo'ldi.optik modulyatorlarKremniy asosidagi optoelektron texnologiyasi (SiPh) turli fotonik komponentlarni bitta chipga integratsiya qilish uchun istiqbolli platformaga aylandi, bu esa ixcham va tejamkor yechimlarni taqdim etadi. Ushbu maqolada 75 Gbaudgacha chastotada ishlay oladigan GeSi EAMlarga asoslangan yangi tashuvchisiz kremniy IQ modulyatori ko'rib chiqiladi.
Qurilma dizayni va xususiyatlari
Taklif etilayotgan IQ modulyatori 1(a)-rasmda ko'rsatilgandek, ixcham uch qo'lli tuzilmani qo'llaydi. Uchta GeSi EAM va uchta termooptik fazali o'tkazgichlardan iborat bo'lib, simmetrik konfiguratsiyani qabul qiladi. Kirish yorug'ligi chipga panjarali ulagich (GC) orqali ulanadi va 1×3 ko'p rejimli interferometr (MMI) orqali uchta yo'lga teng ravishda bo'linadi. Modulyator va fazali o'tkazgichdan o'tgandan so'ng, yorug'lik yana bir 1×3 MMI tomonidan qayta birlashtiriladi va keyin bitta rejimli tolaga (SSMF) ulanadi.
1-rasm: (a) IQ modulyatorining mikroskopik tasviri; (b) – (d) EO S21, yo'qolish nisbati spektri va bitta GeSi EAMning o'tkazuvchanligi; (e) IQ modulyatori va unga mos keladigan fazali o'tkazgichning optik fazasining sxematik diagrammasi; (f) Kompleks tekislikda tashuvchini bostirish tasviri. 1(b)-rasmda ko'rsatilganidek, GeSi EAM keng elektro-optik o'tkazish qobiliyatiga ega. 1(b)-rasmda 67 gigagertsli optik komponent analizatori (LCA) yordamida bitta GeSi EAM sinov strukturasining S21 parametri o'lchandi. 1(c) va 1(d)-rasmlarda mos ravishda turli doimiy tok kuchlanishlaridagi statik yo'qolish nisbati (ER) spektrlari va 1555 nanometr to'lqin uzunligidagi uzatish tasvirlangan.
1-rasm (e) da ko'rsatilganidek, ushbu dizaynning asosiy xususiyati o'rta qo'ldagi integral faza o'tkazgichni sozlash orqali optik tashuvchilarni bostirish qobiliyatidir. Yuqori va pastki qo'llar orasidagi faza farqi π/2 ni tashkil qiladi, murakkab sozlash uchun ishlatiladi, o'rta qo'l orasidagi faza farqi esa -3 π/4 ni tashkil qiladi. Ushbu konfiguratsiya 1-rasm (f) ning murakkab tekisligida ko'rsatilganidek, tashuvchiga halokatli shovqinni ta'minlaydi.
Eksperimental o'rnatish va natijalar
Yuqori tezlikdagi eksperimental sozlash 2(a)-rasmda ko'rsatilgan. Signal manbai sifatida ixtiyoriy to'lqin shakli generatori (Keysight M8194A) ishlatiladi va modulyator drayverlari sifatida ikkita 60 gigagertsli fazaga mos keladigan RF kuchaytirgichlari (o'rnatilgan taranglikli troyniklar bilan) ishlatiladi. GeSi EAM ning taranglik kuchlanishi -2,5 V ni tashkil qiladi va I va Q kanallari orasidagi elektr faza nomuvofiqligini minimallashtirish uchun fazaga mos keladigan RF kabeli ishlatiladi.
2-rasm: (a) Yuqori tezlikdagi eksperimental sozlash, (b) 70 Gbaudda tashuvchini bostirish, (c) Xato tezligi va ma'lumotlar uzatish tezligi, (d) 70 Gbaudda yulduz turkumi. Optik tashuvchi sifatida 100 kHz chiziq kengligi, 1555 nm to'lqin uzunligi va 12 dBm quvvatga ega tijorat tashqi bo'shliq lazeridan (ECL) foydalaning. Modulyatsiyadan so'ng, optik signal kuchaytiriladi.erbiy bilan qoplangan tolali kuchaytirgich(EDFA) chipdagi ulanish yo'qotishlarini va modulyatorni kiritish yo'qotishlarini qoplash uchun.
Qabul qiluvchi tomonda, Optik Spektr Analizatori (OSA) 70 Gbaud signali uchun 2(b)-rasmda ko'rsatilgandek, signal spektrini va tashuvchini bostirishni kuzatadi. Signallarni qabul qilish uchun 90 gradusli optik mikser va to'rttadan iborat ikki tomonlama polyarizatsiya kogerent qabul qilgichdan foydalaning.40 gigagertsli muvozanatli fotodiodlar, va 33 gigagertsli, 80 GSa/s real vaqt osiloskopiga (RTO) (Keysight DSOZ634A) ulangan. 100 kHz chiziq kengligidagi ikkinchi ECL manbai mahalliy osilator (LO) sifatida ishlatiladi. Transmitter bitta polyarizatsiya sharoitida ishlashi sababli, analog-raqamli konvertatsiya (ADC) uchun faqat ikkita elektron kanal ishlatiladi. Ma'lumotlar RTOga yozib olinadi va oflayn raqamli signal protsessori (DSP) yordamida qayta ishlanadi.
2-rasm (c) da ko'rsatilganidek, IQ modulyatori 40 Gbauddan 75 Gbaudgacha bo'lgan QPSK modulyatsiya formati yordamida sinovdan o'tkazildi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, 7% qattiq qaror qabul qilishda xato tuzatish (HD-FEC) sharoitida tezlik 140 Gb/s ga yetishi mumkin; 20% yumshoq qaror qabul qilishda xato tuzatish (SD-FEC) sharoitida tezlik 150 Gb/s ga yetishi mumkin. 70 Gbauddagi yulduz turkumi diagrammasi 2-rasm (d) da ko'rsatilgan. Natija 33 gigagertsli osiloskop o'tkazish qobiliyati bilan cheklangan, bu taxminan 66 Gbaud signal o'tkazish qobiliyatiga teng.
2-rasm (b) da ko'rsatilganidek, uch qo'lli struktura 30 dB dan yuqori bo'shashish tezligi bilan optik tashuvchilarni samarali ravishda bostirishi mumkin. Ushbu struktura tashuvchini to'liq bostirishni talab qilmaydi va Kramer Kronig (KK) qabul qilgichlari kabi signallarni tiklash uchun tashuvchi ohanglarini talab qiladigan qabul qilgichlarda ham qo'llanilishi mumkin. Kerakli tashuvchining yon polosaga nisbatiga (CSR) erishish uchun tashuvchini markaziy qo'l fazali o'tkazgich orqali sozlash mumkin.
Afzalliklari va ilovalari
An'anaviy Mach Zehnder modulyatorlari bilan taqqoslaganda (MZM modulyatorlari) va boshqa kremniy asosidagi optoelektronik IQ modulyatorlari bilan birgalikda, taklif qilingan kremniy IQ modulyatori bir qator afzalliklarga ega. Birinchidan, u ixcham o'lchamga ega, IQ modulyatorlariga qaraganda 10 baravar kichikroq.Mach Zehnder modulyatorlari(yopishtiruvchi prokladkalar bundan mustasno), shu bilan integratsiya zichligini oshiradi va chip maydonini kamaytiradi. Ikkinchidan, ustma-ust qo'yilgan elektrod dizayni terminal rezistorlaridan foydalanishni talab qilmaydi, shu bilan qurilma sig'imi va har bir bit uchun energiyani kamaytiradi. Uchinchidan, tashuvchini bostirish qobiliyati uzatish quvvatini kamaytirishni maksimal darajada oshiradi va energiya samaradorligini yanada oshiradi.
Bundan tashqari, GeSi EAM ning optik o'tkazish qobiliyati juda keng (30 nanometrdan ortiq), bu mikroto'lqinli modulyatorlarning (MRM) rezonansini barqarorlashtirish va sinxronlashtirish uchun ko'p kanalli teskari aloqa boshqaruv sxemalari va protsessorlariga ehtiyojni yo'q qiladi va shu bilan dizaynni soddalashtiradi.
Ushbu ixcham va samarali IQ modulyatori keyingi avlod, yuqori kanallar soni va ma'lumotlar markazlaridagi kichik kogerent qabul qilgich-uzatgichlar uchun juda mos keladi, bu esa yuqori sig'im va energiya tejamkor optik aloqani ta'minlaydi.
Tashuvchi bostirilgan kremniy IQ modulyatori 20% SD-FEC sharoitida 150 Gbit/s gacha ma'lumotlarni uzatish tezligiga ega bo'lgan holda ajoyib ishlashni namoyish etadi. GeSi EAM asosidagi ixcham 3 qo'lli tuzilishi iz maydoni, energiya samaradorligi va dizayn soddaligi jihatidan sezilarli afzalliklarga ega. Ushbu modulyator optik tashuvchini bostirish yoki sozlash qobiliyatiga ega va ko'p qatorli ixcham kogerent qabul qilgichlar uchun kogerent aniqlash va Kramer Kronig (KK) aniqlash sxemalari bilan integratsiya qilinishi mumkin. Ko'rsatilgan yutuqlar ma'lumotlar markazlari va boshqa sohalarda yuqori sig'imli ma'lumotlar aloqasiga bo'lgan ortib borayotgan talabni qondirish uchun yuqori darajada integratsiyalashgan va samarali optik qabul qilgichlarni amalga oshirishga turtki bo'ladi.
Nashr vaqti: 2025-yil 21-yanvar