Siliziozko optoelektroniko trinkoaAdimen-koziente modulatzaileaAbiadura handiko komunikazio koherenterako
Datu-zentroetan datu-transmisio-tasa handiagoen eta energia-eraginkorragoen transzeptoreen eskaera gero eta handiagoak errendimendu handiko gailu trinkoen garapena bultzatu du.modulatzaile optikoakSilizioan oinarritutako optoelektronikako teknologia (SiPh) plataforma itxaropentsua bihurtu da hainbat osagai fotoniko txip bakarrean integratzeko, irtenbide trinko eta kostu-eraginkorrak ahalbidetuz. Artikulu honek GeSi EAMetan oinarritutako siliziozko IQ modulatzaile berri bat aztertuko du, 75 Gbaud-eko maiztasunean funtziona dezakeena.
Gailuaren diseinua eta ezaugarriak
Proposatutako IQ modulagailuak hiru besoko egitura trinkoa hartzen du, 1 (a) irudian erakusten den bezala. Hiru GeSi EAM eta hiru fase-desplazatzaile termo-optikoz osatuta dago, konfigurazio simetrikoa hartuz. Sarrerako argia txipera akoplatzen da sare-akoplatzaile (GC) baten bidez eta hiru bidetan banatzen da modu uniformean 1×3 interferometro multimodo (MMI) baten bidez. Modulatzailetik eta fase-desplazatzailetik igaro ondoren, argia beste 1×3 MMI batekin berkonbinatzen da eta gero zuntz monomodo (SSMF) batera akoplatzen da.
1. irudia: (a) IQ modulagailuaren irudi mikroskopikoa; (b) – (d) EO S21, itzaltze-erlazio espektroa eta GeSi EAM bakar baten transmitantzia; (e) IQ modulagailuaren eta fase-desplazatzailearen dagokion fase optikoaren diagrama eskematikoa; (f) Eramaileen ezabapenaren irudikapena plano konplexuan. 1. irudian (b) erakusten den bezala, GeSi EAM-ek banda-zabalera elektro-optiko zabala du. 1. irudian (b) GeSi EAM proba-egitura bakar baten S21 parametroa neurtu zen 67 GHz-ko osagai optikoen analizatzaile (LCA) bat erabiliz. 1. irudian (c) eta 1. irudian (d) itzaltze-erlazio estatikoen (ER) espektroak agertzen dira, hurrenez hurren, tentsio zuzen desberdinetan eta transmisioa 1555 nanometroko uhin-luzeran.
1 (e) irudian erakusten den bezala, diseinu honen ezaugarri nagusia erdiko besoan integratutako fase-aldatzailea doituz eramaile optikoak kentzeko gaitasuna da. Goiko eta beheko besoen arteko fase-diferentzia π/2 da, doikuntza konplexurako erabiltzen dena, erdiko besoen arteko fase-diferentzia -3 π/4 den bitartean. Konfigurazio honek eramaileari interferentzia suntsitzailea ahalbidetzen dio, 1 (f) irudiko plano konplexuan erakusten den bezala.
Esperimentuaren konfigurazioa eta emaitzak
Abiadura handiko esperimentu-konfigurazioa 2. irudian (a) ageri da. Uhin-forma arbitrarioen sorgailu bat (Keysight M8194A) erabiltzen da seinale-iturri gisa, eta bi 60 GHz-ko fase egokitutako RF anplifikadore (polarizazio-te integratuak dituztenak) modulatzaile-kontrolatzaile gisa erabiltzen dira. GeSi EAM-en polarizazio-tentsioa -2,5 V da, eta fase egokitutako RF kable bat erabiltzen da I eta Q kanalen arteko fase-desadostasun elektrikoa minimizatzeko.
2. irudia: (a) Abiadura handiko esperimentu-konfigurazioa, (b) Eramaileen ezabapena 70 Gbaud-etan, (c) Errore-tasa eta datu-tasa, (d) Konstelazioa 70 Gbaud-etan. Erabili kanpoko barrunbe-laser komertzial bat (ECL) eramaile optiko gisa, 100 kHz-ko lerro-zabalera, 1555 nm-ko uhin-luzera eta 12 dBm-ko potentzia dituena. Modulazioaren ondoren, seinale optikoa anplifikatzen da...erbioz dopatutako zuntz-anplifikadore(EDFA) txipeko akoplamendu-galerak eta modulatzaileen txertatze-galerak konpentsatzeko.
Hartzailearen muturrean, Espektro Optikoen Analizatzaile (OSA) batek seinalearen espektroa eta eramaileen ezabapena kontrolatzen ditu, 2 (b) irudian 70 Gbaud-eko seinale baterako erakusten den bezala. Seinaleak jasotzeko, erabili polarizazio bikoitzeko hartzaile koherente bat, 90 graduko nahasgailu optiko batez eta lau...40 GHz-ko fotodiodo orekatuak, eta 33 GHz-ko, 80 GSa/s-ko denbora errealeko osziloskopio (RTO) batera konektatuta dago (Keysight DSOZ634A). 100 kHz-ko lerro-zabalera duen bigarren ECL iturria osziladore lokal (LO) gisa erabiltzen da. Igorlea polarizazio bakarreko baldintzetan funtzionatzen duenez, bi kanal elektroniko baino ez dira erabiltzen analogiko-digital bihurketarako (ADC). Datuak RTO-n grabatzen dira eta lineaz kanpoko seinale digitalaren prozesadore (DSP) bat erabiliz prozesatzen dira.
2. irudian (c) erakusten den bezala, IQ modulatzailea QPSK modulazio formatua erabiliz probatu zen, 40 Gbaud-etik 75 Gbaud-era. Emaitzek adierazten dute % 7ko aurreranzko errore zuzenketa gogorraren (HD-FEC) baldintzetan, abiadura 140 Gb/s-ra irits daitekeela; % 20ko aurreranzko errore zuzenketa leunen (SD-FEC) baldintzetan, abiadura 150 Gb/s-ra irits daitekeela. 70 Gbaud-eko konstelazio diagrama 2. irudian (d) erakusten da. Emaitza osziloskopioaren 33 GHz-ko banda-zabalerak mugatzen du, hau da, gutxi gorabehera 66 Gbaud-eko seinale banda-zabaleraren baliokidea.
2. irudian (b) erakusten den bezala, hiru besoko egiturak 30 dB-tik gorako ezabatze-tasa duten eramaile optikoak eraginkortasunez ezaba ditzake. Egitura honek ez du eramailearen ezabatze osoa behar eta seinaleak berreskuratzeko eramaile-tonuak behar dituzten hargailuetan ere erabil daiteke, hala nola Kramer Kronig (KK) hargailuetan. Eramailea beso zentralaren fase-desplazatzaile baten bidez doi daiteke nahi den eramailearen eta alboko bandaren arteko erlazioa (CSR) lortzeko.
Abantailak eta aplikazioak
Mach Zehnder modulatzaile tradizionalekin alderatuta (MZM modulatzaileak) eta siliziozko beste IQ modulatzaile optoelektroniko batzuekin alderatuta, proposatutako siliziozko IQ modulatzaileak abantaila ugari ditu. Lehenik eta behin, tamaina trinkoa da, oinarritutako IQ modulatzaileak baino 10 aldiz txikiagoaMach Zehnder modulatzaileak(lotura-pad-ak kenduta), horrela integrazio-dentsitatea handituz eta txiparen azalera murriztuz. Bigarrenik, elektrodo pilatuen diseinuak ez du terminal-erresistentziarik behar, eta horrela gailuaren kapazitantzia eta bit bakoitzeko energia murriztuz. Hirugarrenik, eramaileen ezabatze-gaitasunak transmisio-potentziaren murrizketa maximizatzen du, energia-eraginkortasuna are gehiago hobetuz.
Gainera, GeSi EAM-en banda-zabalera optikoa oso zabala da (30 nanometro baino gehiago), eta horrek ez du kanal anitzeko feedback kontrol zirkuiturik eta prozesadorerik behar mikrouhin modulatzaileen (MRM) erresonantzia egonkortu eta sinkronizatzeko, eta horrela diseinua sinplifikatu egiten du.
IQ modulatzaile trinko eta eraginkor hau oso egokia da datu-zentroetan hurrengo belaunaldiko, kanal kopuru handiko eta koherente txikiko transzeptoreetarako, edukiera handiagoa eta energia-eraginkortasun handiagoa ahalbidetuz komunikazio optikorako.
Siliziozko IQ modulatzaileak errendimendu bikaina erakusten du, % 20ko SD-FEC baldintzetan 150 Gb/s-ko datu-transmisio-abiadurarekin. GeSi EAM-en oinarritutako 3 besoko egitura trinkoak abantaila nabarmenak ditu aztarna, energia-eraginkortasuna eta diseinu-sinpletasunari dagokionez. Modulatzaile honek eramaile optikoa kentzeko edo doitzeko gaitasuna du eta detekzio koherentearekin eta Kramer Kronig (KK) detekzio-eskemekin integra daiteke lerro anitzeko transzeptore koherente trinkoetarako. Erakutsitako lorpenek transzeptore optiko oso integratu eta eraginkorrak gauzatzea bultzatzen dute, datu-zentroetan eta beste arlo batzuetan datu-komunikazio gaitasun handiko eskaera gero eta handiagoa asetzeko.
Argitaratze data: 2025eko urtarrilaren 21a