Kompaktes Optoelektronik auf SiliziumbasisIQ -ModulatorFür Hochgeschwindigkeits-zusammenhängende Kommunikation
Die steigende Nachfrage nach höheren Datenübertragungsraten und energieeffizientere Transceiver in Rechenzentren hat die Entwicklung von kompakten Hochleistungs-Hochleistungsfaktoren vorangetriebenOptische Modulatoren. Die Silicon-basierte Optoelektronik (SIPH) ist zu einer vielversprechenden Plattform, um verschiedene photonische Komponenten in einen einzelnen Chip zu integrieren und kompakte und kostengünstige Lösungen zu ermöglichen. In diesem Artikel wird ein neuartiger Träger unterdrückt, der den Silizium -IQ -Modulator basierend auf Gesi EAMs basiert und mit einer Häufigkeit von bis zu 75 GBAUD funktionieren kann.
Gerätedesign und Eigenschaften
Der vorgeschlagene IQ -Modulator nimmt eine kompakte Drei -Arm -Struktur an, wie in Abbildung 1 (a) dargestellt. Bestehend aus drei Thermo -optischen Phasenschiebern und einer symmetrischen Konfiguration. Das Eingangslicht wird durch einen Gitterkoppler (GC) in den Chip gekoppelt und gleichmäßig durch ein 1 × 3 -Multimode -Interferometer (MMI) in drei Pfade unterteilt. Nach dem Durchlaufen des Modulators und des Phasenschiebers wird das Licht durch weitere 1 × 3 mmi rekombiniert und dann an eine einzelne Modefaser (SSMF) gekoppelt.
Abbildung 1: (a) mikroskopisches Bild des IQ -Modulators; (b) - (d) EO S21, Extinktionsverhältnisspektrum und Durchlässigkeit eines einzelnen Gesi -Eams; (e) schematisches Diagramm des IQ -Modulators und die entsprechende optische Phase des Phasenschiebers; (f) Darstellung der Trägerunterdrückung in der komplexen Ebene. Wie in Abbildung 1 (b) gezeigt, hat Gesi Eam eine breite elektrooptische Bandbreite. Abbildung 1 (b) gemessen den S21 -Parameter einer einzelnen EAM -Teststruktur unter Verwendung eines 67 -GHz -Analysators (LCA). Die Abbildungen 1 (c) bzw. 1 (d) zeigen das statische Extinktionsverhältnis (ER) an verschiedenen Gleichspannungen und die Transmission bei einer Wellenlänge von 1555 Nanometern.
Wie in Abbildung 1 (e) gezeigt, ist das Hauptmerkmal dieses Designs die Fähigkeit, optische Träger zu unterdrücken, indem der integrierte Phasenschieber im Mittelarm eingestellt wird. Der Phasenunterschied zwischen den oberen und unteren Armen beträgt π/2, der für die komplexe Abstimmung verwendet wird, während der Phasenunterschied zwischen dem Mittelarm -3 π/4 beträgt. Diese Konfiguration ermöglicht eine destruktive Störung des Trägers, wie in der komplexen Ebene von Abbildung 1 (f) gezeigt.
Versuchsaufbau und Ergebnisse
Der experimentelle Hochgeschwindigkeits-Setup ist in Abbildung 2 (a) dargestellt. Ein willkürlicher Wellenformgenerator (Keysight M8194a) wird als Signalquelle verwendet, und zwei 60 -GHz -Phasen -übereinstimmende HF -Verstärker (mit integrierten Vorspannungen) werden als Modulator -Treiber verwendet. Die Verzerrungsspannung von Gesi EAM beträgt -2,5 V, und ein Phasen -übereinstimmendes HF -Kabel wird verwendet, um die mismatisierende Phasenfehlanpassung zwischen den I- und Q -Kanälen zu minimieren.
Abbildung 2: (a) Experimentelle Hochgeschwindigkeits -Setup, (b) Unterdrückung der Träger bei 70 gbaud, (c) Fehlerrate und Datenrate, (d) Konstellation bei 70 GBAUD. Verwenden Sie einen kommerziellen externen Hohlraumlaser (ECL) mit einer Linienbreite von 100 kHz, einer Wellenlänge von 1555 nm und einer Leistung von 12 dBm als optischer Träger. Nach der Modulation wird das optische Signal mit einem verstärktErbium-dotierter Faserverstärker(EDFA) Um die On-Chip-Kopplungsverluste und die Einfügungsverluste für Modulator zu kompensieren.
Am empfangenden Ende überwacht ein optisches Spektrumanalysator (OSA) das Signalspektrum und die Trägerunterdrückung, wie in Abbildung 2 (b) für ein 70 GBAUD -Signal gezeigt. Verwenden Sie einen kohärenten Empfänger mit zwei Polarisation, um Signale zu erhalten, die aus einem 90 -Grad -optischen Mischer und vier besteht40 GHz ausgeglichene Fotodiodenund ist mit einem 33 GHz, 80 GSA/s-Echtzeit-Oszilloskop (RTO) (Keysight DSOZ634A) verbunden. Die zweite ECL -Quelle mit einer Linienbreite von 100 kHz wird als lokaler Oszillator (LO) verwendet. Aufgrund des Senders, der unter einzelnen Polarisationsbedingungen arbeitet, werden nur zwei elektronische Kanäle für die Analog-Digital-Umwandlung (ADC) verwendet. Die Daten werden auf RTO aufgezeichnet und unter Verwendung eines Offline -Digital -Signalprozessors (DSP) verarbeitet.
Wie in Abbildung 2 (c) gezeigt, wurde der IQ -Modulator unter Verwendung des QPSK -Modulationsformats von 40 GBAUD bis 75 GBAUD getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bedingungen für Fehlerkorrektur (HD-FEC) unter 7% schwere Entscheidungen 140 GB/s erreichen können; Unter der Bedingung von 20% Soft Decision Forward Fehlerkorrektur (SD-FEC) kann die Geschwindigkeit 150 GB/s erreichen. Das Sternungsdiagramm bei 70 Gbaud ist in Abbildung 2 (d) dargestellt. Das Ergebnis ist durch die Oszilloskopbandbreite von 33 GHz begrenzt, was einer Signalbandbreite von ungefähr 66 GBAUD entspricht.
Wie in 2 (b) gezeigt, kann die drei Armstruktur optische Träger mit einer Blindfrequenz von mehr als 30 dB effektiv unterdrücken. Diese Struktur erfordert keine vollständige Unterdrückung des Trägers und kann auch in Empfängern verwendet werden, bei denen Trägertöne erforderlich sind, um Signale wie die KK -Empfänger von Kramer Kronig (KK) wiederherzustellen. Der Träger kann durch einen zentralen Armphasenschalter eingestellt werden, um das gewünschte Träger zu Seitenbandverhältnis (CSR) zu erreichen.
Vorteile und Anwendungen
Verglichen mit traditionellen Mach -Zehnder -Modulatoren (MZM -Modulatoren) und andere optoelektronische IQ-Modulatoren auf Siliziumbasis hat der vorgeschlagene Silizium-IQ-Modulator mehrere Vorteile. Erstens ist es kompakt in der Größe, mehr als 10 -mal kleiner als IQ -Modulatoren basierend aufMach Zehnder Modulatoren(ohne Bindungskissen), wodurch die Integrationsdichte erhöht und der Chipbereich reduziert wird. Zweitens erfordert das gestapelte Elektrodendesign nicht die Verwendung von Anschlusswiderständen, wodurch die Kapazität und Energie von Geräte pro Bit verringert wird. Drittens maximiert die Trägerunterdrückungsfähigkeit die Verringerung der Übertragungsleistung und verbessert die Energieeffizienz weiter.
Darüber hinaus ist die optische Bandbreite von Gesi EAM sehr breit (über 30 Nanometer), wodurch die Notwendigkeit von Multi-Channel-Rückkopplungssteuerschaltungen und -prozessoren beseitigt wird, um die Resonanz von Mikrowellenmodulatoren (MRMS) zu stabilisieren und zu synchronisieren, wodurch das Design vereinfacht wird.
Dieser kompakte und effiziente IQ-Modulator eignet sich sehr für die Anzahl der nächsten Generation, der Anzahl der Kanal und kleine kohärente Transceiver in Rechenzentren, was eine höhere Kapazität und eine energieeffizientere optische Kommunikation ermöglicht.
Der Träger unterdrückte den Silizium-IQ-Modulator mit einer hervorragenden Leistung mit einer Datenübertragungsrate von bis zu 150 GB/s unter 20% SD-FEC-Bedingungen. Seine kompakte 3-Arm-Struktur auf der Basis von Gesi EAM hat erhebliche Vorteile hinsichtlich des Fußabdrucks, der Energieeffizienz und der Einfachheit des Designs. Dieser Modulator kann den optischen Träger unterdrücken oder anpassen und kann in die Erkennungsschemata für kohärente Erkennung und Kramer Kronig (KK) für kompakte, kohärente Transceiver mit mehreren Leitungen integriert werden. Die nachgewiesenen Erfolge treiben die Verwirklichung hoch integrierter und effizienter optischer Transceiver vor, um die wachsende Nachfrage nach Datenkommunikation mit hoher Kapazität in Rechenzentren und anderen Bereichen zu befriedigen.
Postzeit: Jan-21-2025