Silizioan oinarritutako optoelektronika trinkoaIQ modulatzaileaabiadura handiko komunikazio koherenterako
Datu-zentroetan datu-transmisio-tasa handiagoak eta energia-eraginkortasun handiagoa duten transceptoresen eskaera gero eta handiagoak errendimendu handiko trinkoen garapena bultzatu du.modulatzaile optikoak. Silizioan oinarritutako teknologia optoelektronikoa (SiPh) hainbat osagai fotoniko txip bakarrean integratzeko plataforma itxaropentsu bihurtu da, irtenbide trinko eta errentagarriak ahalbidetuz. Artikulu honek GeSi EAMetan oinarritutako siliziozko IQ modulatzaile berri bat aztertuko du, 75 Gbaud-eko maiztasunarekin funtziona dezakeena.
Gailuaren diseinua eta ezaugarriak
Proposatutako IQ modulatzaileak hiru besoen egitura trinkoa hartzen du, 1 (a) irudian erakusten den moduan. Hiru GeSi EAM eta hiru desfase termooptikoz osatua, konfigurazio simetriko bat hartuta. Sarrerako argia txiparekin akoplatzen da sare-akoplagailu baten bidez (GC) eta uniformeki hiru bidetan banatzen da 1×3 multimodo interferometro baten bidez (MMI). Moduladoretik eta fase-aldagailutik igaro ondoren, argia beste 1 × 3 MMI batekin birkonbinatzen da eta, ondoren, modu bakarreko zuntz batera (SSMF) akoplatzen da.
1. Irudia: (a) IQ modulatzailearen irudi mikroskopikoa; (b) – (d) EO S21, desagertze-erlazioaren espektroa eta GeSi EAM bakar baten transmisioa; (e) IQ modulatzailearen diagrama eskematikoa eta fase-aldatzailearen fase optikoa; (f) Eramailearen ezabaketaren irudikapena plano konplexuan. 1 (b) Irudian erakusten den bezala, GeSi EAM-ek banda-zabalera elektro-optiko zabala du. 1. irudiak (b) GeSi EAM proba-egitura bakar baten S21 parametroa neurtu zuen 67 GHz-ko osagai optikoko analizatzaile (LCA) erabiliz. 1 (c) eta 1 (d) irudiek, hurrenez hurren, desagertze-erlazio estatikoa (ER) espektroak DC tentsio desberdinetan eta transmisioa 1555 nanometroko uhin-luzeran irudikatzen dituzte.
1. (e) Irudian ikusten den bezala, diseinu honen ezaugarri nagusia eramaile optikoei kentzeko gaitasuna da, erdiko besoan fase-aldaketa integratua egokituz. Goiko eta beheko besoen arteko fase-diferentzia π/2 da, afinazio konplexurako erabiltzen dena, erdiko besoaren arteko fase-aldea -3 π/4 da. Konfigurazio honek eramailearen interferentzia suntsitzaileak ahalbidetzen ditu, 1 (f) irudiko plano konplexuan erakusten den moduan.
Konfigurazio esperimentala eta emaitzak
Abiadura handiko konfigurazio esperimentala 2 (a) irudian ageri da. Seinale-iturburu gisa uhin-formaren sorgailu arbitrario bat (Keysight M8194A) erabiltzen da, eta 60 GHz-ko fase parekatuko bi RF anplifikadore (polarizazio-te integratuak) modulatzaile gisa erabiltzen dira. GeSi EAM-ren alborapen-tentsioa -2,5 V-koa da, eta fase bat datorren RF kable bat erabiltzen da I eta Q kanalen arteko fase elektrikoaren desadostasuna minimizatzeko.
2. Irudia: (a) Abiadura handiko konfigurazio esperimentala, (b) Eramailearen ezabaketa 70 Gbaud-tan, (c) Errore-tasa eta datu-tasa, (d) Konstelazioa 70 Gbaud-tan. Erabili 100 kHz-ko lerro-zabalera, 1555 nm-ko uhin-luzera eta 12 dBm-ko potentzia duen kanpoko barrunbeko laser komertziala (ECL) eramaile optiko gisa. Modulazioaren ondoren, seinale optikoa anplifikatu egiten daerbioz dopatutako zuntz anplifikadorea(EDFA) txiparen akoplamendu-galerak eta modulagailuen txertatze-galerak konpentsatzeko.
Hartzailean, Espektro-Analizatzaile Optiko batek (OSA) seinalearen espektroa eta eramailearen ezabapena kontrolatzen du, 2 (b) irudian 70 Gbaud-eko seinale baterako erakusten den moduan. Erabili polarizazio bikoitzeko hargailu koherente bat seinaleak jasotzeko, 90 graduko nahasgailu optiko batek eta lau.40 GHz-ko fotodiodo orekatuak, eta 33 GHz, 80 GSa/s denbora errealeko osziloskopio batera (RTO) konektatuta dago (Keysight DSOZ634A). 100 kHz-ko lerro-zabalera duen bigarren ECL iturria tokiko osziladore gisa (LO) erabiltzen da. Igorleak polarizazio bakarreko baldintzetan funtzionatzen duenez, bi kanal elektroniko baino ez dira erabiltzen analogiko-digital bihurtzeko (ADC). Datuak RTOn erregistratzen dira eta lineaz kanpoko seinale digital prozesadore bat (DSP) erabiliz prozesatzen dira.
2 (c) Irudian erakusten den moduan, IQ moduladorea QPSK modulazio formatua erabiliz probatu zen 40 Gbaud-tik 75 Gbaud-ra. Emaitzek adierazten dute % 7ko erabaki gogorrak zuzentzeko erroreen zuzenketa (HD-FEC) baldintzetan, tasa 140 Gb/s-ra irits daitekeela; Erabaki bigunak aurreratzeko erroreen zuzenketa (SD-FEC) % 20aren baldintzapean, abiadura 150 Gb/s-ra irits daiteke. 70 Gbaud-eko konstelazio-diagrama 2 (d) irudian ageri da. Emaitza 33 GHz-ko osziloskopioko banda-zabalerak mugatzen du, hau da, gutxi gorabehera 66 Gbaud-eko seinale-banda-zabaleraren baliokidea.
2 (b) irudian erakusten den bezala, hiru besoen egiturak eraginkortasunez kendu ditzake 30 dB-tik gorako hutsegite-tasa duten eramaile optikoak. Egitura honek ez du eramailearen erabateko ezabaketa behar eta seinaleak berreskuratzeko eramaile-tonuak behar dituzten hargailuetan ere erabil daiteke, hala nola Kramer Kronig (KK) hargailuetan. Eramailea beso erdiko fase-aldagailu baten bidez doitu daiteke nahi den garraiolariaren alboko bandako erlazioa (CSR) lortzeko.
Abantailak eta Aplikazioak
Mach Zehnder modulatzaile tradizionalekin alderatuta (MZM modulatzaileak) eta silizioan oinarritutako beste IQ modulatzaile optoelektroniko batzuk, proposatutako silizio IQ moduladoreak abantaila anitz ditu. Lehenik eta behin, tamaina trinkoa da, IQ moduladoreak baino 10 aldiz txikiagoaMach Zehnder modulatzaileak(lotura-padak kenduta), integrazio-dentsitatea handituz eta txirbil-eremua murriztuz. Bigarrenik, pilatutako elektrodoen diseinuak ez du terminaleko erresistentziarik behar, eta, ondorioz, gailuaren kapazitatea eta energia bit bakoitzeko murrizten dira. Hirugarrenik, garraiolarien kentzeko gaitasunak transmisio-potentzia murriztea maximizatzen du, energia-eraginkortasuna are gehiago hobetuz.
Gainera, GeSi EAM-en banda-zabalera optikoa oso zabala da (30 nanometrotik gorakoa), mikrouhin-moduladoreen (MRM) erresonantzia egonkortzeko eta sinkronizatzeko kanal anitzeko feedback-kontrol-zirkuitu eta prozesadoreen beharra ezabatuz, eta horrela diseinua sinplifikatzen da.
IQ modulatzaile trinko eta eraginkor hau oso egokia da datu-zentroetako hurrengo belaunaldiko, kanal kopuru handiko eta transzisore koherente txikietarako, ahalmen handiagoa eta komunikazio optiko energetikoki eraginkorragoa ahalbidetuz.
Eramaileak kendutako siliziozko IQ modulatzaileak errendimendu bikaina erakusten du, datuen transmisio-tasa 150 Gb/s-ko % 20 SD-FEC baldintzetan. GeSi EAM-n oinarritutako 3 besoko egitura trinkoak abantaila handiak ditu aztarna, energia-eraginkortasuna eta diseinu sinpletasunari dagokionez. Moduladore honek eramaile optikoa ezabatzeko edo doitzeko gaitasuna du eta detekzio koherentearekin eta Kramer Kronig (KK) detekzio eskemekin integra daiteke linea anitzeko transceptor koherente trinkoetarako. Frogatutako lorpenek transceptor optiko oso integratuak eta eraginkorrak gauzatzea bultzatzen dute, datu-zentroetan eta beste esparru batzuetan gaitasun handiko datu-komunikazioen eskaera gero eta handiagoari erantzuteko.
Argitalpenaren ordua: 2025-01-21