Pentru comunicare coerentă de înaltă viteză compactă compactă a modulatorului IQ optoelectronic bazat pe siliciu

Optoelectronică compactă pe bază de siliciuModulator IQpentru comunicare coerentă de mare viteză
Cererea din ce în ce mai mare pentru rate mai mari de transmitere a datelor și mai mulți transceiver eficienți din punct de vedere energetic în centrele de date a determinat dezvoltarea de performanță compactă de înaltă performanțăModulatoare optice. Tehnologia optoelectronică bazată pe siliciu (SIPH) a devenit o platformă promițătoare pentru integrarea diverselor componente fotonice pe un singur cip, permițând soluții compacte și rentabile. Acest articol va explora un nou modulator IQ de siliciu suprimat de transportator bazat pe GESI EAMS, care poate funcționa la o frecvență de până la 75 de gbaud.
Proiectarea și caracteristicile dispozitivului
Modulatorul IQ propus adoptă o structură compactă cu trei brațe, așa cum se arată în figura 1 (a). Compus din trei GESI EAM și trei schimbătoare de faze termice optice, adoptând o configurație simetrică. Lumina de intrare este cuplată în cip printr -un cuplaj de grătare (GC) și împărțit uniform în trei căi printr -un interferometru multimod 1 × 3 (MMI). După trecerea prin modulator și schimbător de fază, lumina este recombinată de un alt 1 × 3 mMi și apoi cuplat la o fibră cu un singur mod (SSMF).

Figura 1: (a) Imaginea microscopică a modulatorului IQ; (b) - (d) EO S21, spectrul raportului de extincție și transmiterea unui singur eam GESI; (E) Schema schematică a modulatorului IQ și faza optică corespunzătoare a schimbătorului de fază; (f) Reprezentarea suprimării purtătorului pe planul complex. Așa cum se arată în figura 1 (b), GESI EAM are o lățime de bandă electro-optică largă. Figura 1 (b) a măsurat parametrul S21 al unei singure structuri de testare GESI EAM folosind un analizor de componente optice de 67 GHz (LCA). Figurile 1 (c) și, respectiv, 1 (d) prezintă spectrele raportului de extincție static (ER) la diferite tensiuni de curent continuu și transmisia la o lungime de undă de 1555 nanometri.
Așa cum se arată în figura 1 (e), principala caracteristică a acestui design este capacitatea de a suprima purtătorii optici prin reglarea schimbătorului de faze integrate în brațul din mijloc. Diferența de fază între brațele superioare și inferioare este π/2, utilizată pentru reglarea complexă, în timp ce diferența de fază dintre brațul mijlociu este -3 π/4. Această configurație permite o interferență distructivă a purtătorului, așa cum se arată în planul complex din figura 1 (f).
Configurare experimentală și rezultate
Configurarea experimentală de mare viteză este prezentată în figura 2 (a). Ca sursă de semnal este utilizată un generator de formă de undă arbitrară (Keysight M8194A) și două amplificatoare RF potrivite în fază de 60 GHz (cu tee de prejudecată integrate) sunt utilizate ca drivere de modulator. Tensiunea de prejudecată a GESI EAM este de -2,5 V, iar un cablu RF potrivit în fază este utilizat pentru a minimiza nepotrivirea fazei electrice între canalele I și Q.
Figura 2: (a) Configurarea experimentală de mare viteză, (b) suprimarea purtătorului la 70 gbaud, (c) rata de eroare și rata de date, (d) constelația la 70 gbaud. Utilizați un laser comercial de cavitate externă (ECL) cu o lățime de linie de 100 kHz, lungime de undă de 1555 nm și putere de 12 dBm ca purtător optic. După modulare, semnalul optic este amplificat folosind unAmplificator de fibre dopat cu erbium(EDFA) pentru a compensa pierderile de cuplare pe cip și pierderile de inserție a modulatorului.
La capătul primitor, un analizor de spectru optic (OSA) monitorizează spectrul semnalului și suprimarea purtătorului, așa cum se arată în figura 2 (b) pentru un semnal de 70 gbaud. Utilizați un receptor coerent de polarizare dublă pentru a primi semnale, care constă dintr -un mixer optic de 90 de grade și patruFotodode echilibrate de 40 GHz, și este conectat la un osciloscop în timp real de 33 GHz, 80 GSA/s (RTO) (Keysight DSOZ634A). A doua sursă ECL cu o lățime de linie de 100 kHz este utilizată ca oscilator local (LO). Datorită emițătorului care funcționează în condiții de polarizare unică, sunt utilizate doar două canale electronice pentru conversia analogică-digitală (ADC). Datele sunt înregistrate pe RTO și procesate folosind un procesor de semnal digital offline (DSP).
Așa cum se arată în figura 2 (c), modulatorul IQ a fost testat folosind formatul de modulare QPSK de la 40 gbaud la 75 gbaud. Rezultatele indică faptul că, sub 7% decizie dură, condiții de corectare a erorilor (HD-FEC), rata poate atinge 140 GB/s; În condițiile de 20% a deciziei moi de corecție de eroare înainte (SD-FEC), viteza poate atinge 150 GB/s. Diagrama de constelație la 70 gbaud este prezentată în figura 2 (d). Rezultatul este limitat de lățimea de bandă a osciloscopului de 33 GHz, ceea ce este echivalent cu o lățime de bandă semnal de aproximativ 66 gbaud.

Așa cum se arată în figura 2 (b), structura cu trei brațe pot suprima în mod eficient purtătorii optici cu o rată de golire care depășește 30 dB. Această structură nu necesită suprimarea completă a transportatorului și poate fi utilizată și la receptoarele care necesită tonuri de transport pentru a recupera semnale, cum ar fi receptoarele Kramer Kronig (KK). Transportatorul poate fi ajustat printr -un schimbător de fază a brațului central pentru a obține raportul de transportator dorit la bandă laterală (CSR).
Avantaje și aplicații
În comparație cu modulatoarele tradiționale Mach Zehnder (Modulatoare MZM) și alte modulatoare IQ optoelectronice bazate pe siliciu, modulatorul IQ de siliciu propus are multiple avantaje. În primul rând, are dimensiuni compacte, de peste 10 ori mai mici decât modulatoarele IQ pe bazaModulatoare Mach Zehnder(excluzând plăcuțele de legare), crescând astfel densitatea de integrare și reducerea zonei cipului. În al doilea rând, proiectarea electrodului stivuit nu necesită utilizarea rezistențelor terminale, reducând astfel capacitatea și energia dispozitivului pe bit. În al treilea rând, capacitatea de suprimare a purtătorului maximizează reducerea puterii de transmisie, îmbunătățind în continuare eficiența energetică.
În plus, lățimea de bandă optică a GESI EAM este foarte largă (peste 30 de nanometri), eliminând nevoia de circuite de control și procesoare de feedback cu mai multe canale pentru a stabiliza și sincroniza rezonanța modulatorilor cu microunde (MRM), simplificând astfel proiectarea.
Acest modulator IQ compact și eficient este foarte potrivit pentru numărul de canale de generație următoare, de înaltă canal și mici transceiver coerente în centrele de date, permițând o capacitate mai mare și o comunicare optică mai eficientă din punct de vedere energetic.
Modulatorul IQ de siliciu suprimat de transportator prezintă performanțe excelente, cu o rată de transmitere a datelor de până la 150 GB/s în condiții SD-FEC 20%. Structura sa compactă cu 3 brațe bazată pe GESI EAM are avantaje semnificative în ceea ce privește amprenta, eficiența energetică și simplitatea proiectării. Acest modulator are capacitatea de a suprima sau regla purtătorul optic și poate fi integrat cu scheme de detectare coerentă și de detectare a Kramer Kronig (KK) pentru transceiver -uri coerente compacte cu mai multe linii. Realizările demonstrate determină realizarea transceiver-urilor optice extrem de integrate și eficiente pentru a răspunde cererii crescânde de comunicare de date de înaltă capacitate în centrele de date și în alte domenii.