Ein Schema der optischen Frequenzverdünnung basierend aufMZM-Modulator
Die optische Frequenzdispersion kann als LiDAR genutzt werden.LichtquelleEs ermöglicht gleichzeitiges Aussenden und Scannen in verschiedene Richtungen und kann zudem als Mehrwellenlängen-Lichtquelle für 800G FR4 verwendet werden, wodurch die MUX-Struktur entfällt. Üblicherweise weisen Mehrwellenlängen-Lichtquellen entweder eine geringe Leistung auf oder sind schlecht verpackt, was mit vielen Problemen verbunden ist. Das heute vorgestellte Verfahren bietet zahlreiche Vorteile und kann als Referenz dienen. Sein Strukturdiagramm ist wie folgt dargestellt: Die Hochleistungs-DFB-LaserDie Lichtquelle erzeugt im Zeitbereich Dauerstrichlicht (CW) und im Frequenzbereich eine einzelne Wellenlänge. Nach dem Durchgang durch einModulatorBei einer bestimmten Modulationsfrequenz fRF wird ein Seitenband erzeugt, dessen Intervall der Modulationsfrequenz fRF entspricht. Der Modulator ist ein LNOI-Modulator mit einer Länge von 8,2 mm (siehe Abbildung b). Nach einem längeren Abschnitt mit hoher LeistungPhasenmodulatorDie Modulationsfrequenz ist ebenfalls fRF, und ihre Phase muss so eingestellt sein, dass der Scheitelpunkt bzw. das Tal des HF-Signals und des Lichtimpulses zueinander passen. Dies führt zu einem starken Chirp und damit zu mehr optischen Zähnen. Die Gleichstromvorspannung und die Modulationsamplitude des Modulators beeinflussen die Flachheit der optischen Frequenzdispersion.
Mathematisch gesehen ist das Signal nach der Modulation des Lichtfelds durch den Modulator:
Es zeigt sich, dass das optische Ausgangsfeld eine optische Frequenzdispersion mit einem Frequenzintervall von wrf aufweist und die Intensität der optischen Frequenzdispersion mit der optischen DFB-Leistung zusammenhängt. Durch Simulation der Lichtintensität, die den MZM-Modulator durchläuft, undPM-PhasenmodulatorDurch anschließende FFT wird das optische Frequenzdispersionsspektrum ermittelt. Die folgende Abbildung zeigt den direkten Zusammenhang zwischen der optischen Frequenzflachheit, der Gleichstromvorspannung des Modulators und der Modulationsamplitude basierend auf dieser Simulation.
Die folgende Abbildung zeigt das simulierte Spektraldiagramm mit einer MZM-Gleichstromvorspannung von 0,6π und einer Modulationsamplitude von 0,4π, woraus hervorgeht, dass die Flachheit <5dB beträgt.
Nachfolgend ist das Gehäusediagramm des MZM-Modulators dargestellt. Die LN-Schicht ist 500 nm dick, die Ätztiefe beträgt 260 nm und die Wellenleiterbreite 1,5 µm. Die Goldelektrode ist 1,2 µm dick. Die obere SiO₂-Deckschicht ist 2 µm dick.
Das folgende Spektrum zeigt die getestete optische Faser (OFC) mit 13 optisch spärlichen Zähnen und einer Flachheit von <2,4 dB. Die Modulationsfrequenz beträgt 5 GHz, die HF-Leistungsbelastung im MZM und PM beträgt 11,24 dBm bzw. 24,96 dBm. Die Anzahl der Zähne mit optischer Frequenzdispersionsanregung kann durch weitere Erhöhung der PM-HF-Leistung erhöht werden, und das optische Frequenzdispersionsintervall kann durch Erhöhung der Modulationsfrequenz vergrößert werden.
Das Obige basiert auf dem LNOI-Schema, das Folgende auf dem IIIV-Schema. Das Strukturdiagramm sieht wie folgt aus: Der Chip integriert einen DBR-Laser, einen MZM-Modulator, einen PM-Phasenmodulator, einen SOA und einen SSC. Mit einem einzigen Chip lässt sich eine optische Frequenzverdünnung mit hoher Leistung realisieren.
Das SMSR des DBR-Lasers beträgt 35 dB, die Linienbreite 38 MHz und der Abstimmbereich 9 nm.
Der MZM-Modulator erzeugt ein Seitenband mit einer Länge von 1 mm und einer Bandbreite von nur 7 GHz bei 3 dB. Die Begrenzung liegt hauptsächlich in der Fehlanpassung der Impedanz und optischen Verlusten von bis zu 20 dB bei -8 Ω Vorspannung.
Die SOA-Länge beträgt 500 µm und dient dem Ausgleich der optischen Modulationsverluste. Die spektrale Bandbreite liegt bei 62 nm (3 dB) bei 90 mA. Der integrierte SSC am Ausgang verbessert die Kopplungseffizienz des Chips (5 dB). Die endgültige Ausgangsleistung beträgt etwa −7 dBm.
Um optische Frequenzdispersion zu erzeugen, wird eine HF-Modulationsfrequenz von 2,6 GHz, eine Leistung von 24,7 dBm und eine Phasenmodulationsspannung (Vpi) von 5 V verwendet. Die Abbildung unten zeigt das resultierende photophobe Spektrum mit 17 photophoben Zähnen bei 10 dB und einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNSR) von über 30 dB.
Das Verfahren ist für die 5G-Mikrowellenübertragung vorgesehen. Die folgende Abbildung zeigt die vom Lichtdetektor erfasste Spektralkomponente, mit der sich 26G-Signale durch Verzehnfachung der Frequenz erzeugen lassen. Weitere Details hierzu finden Sie hier nicht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die mit diesem Verfahren erzeugte optische Frequenz ein stabiles Frequenzintervall, geringes Phasenrauschen, hohe Leistung und einfache Integration ermöglicht. Es bestehen jedoch auch einige Probleme. Das auf den Phasenmodulator (PM) übertragene HF-Signal benötigt viel Leistung, was zu einem relativ hohen Stromverbrauch führt. Das Frequenzintervall ist durch die Modulationsrate auf bis zu 50 GHz begrenzt, was im FR8-System ein größeres Wellenlängenintervall (üblicherweise >10 nm) erfordert. Die Anwendung ist daher eingeschränkt, und die Leistungslinearität ist noch nicht ausreichend.
Veröffentlichungsdatum: 19. März 2024