Za brzu koherentnu komunikacijsku komunikaciju kompaktni silikonski optoelektronski IQ modulator

Kompaktni optoelektronski sa sjedištem u silicijumIQ modulatorZa velike koherentnu komunikaciju
Sve veća potražnja za većim stopama prijenosa podataka i energetski učinkovitim primopredajnicima u podatkovnim centrima pokrenuo je razvoj kompaktnih visokih performansiOptički modulatori. Silikonska optoelektronska tehnologija (SIPH) postala je obećavajuća platforma za integriranje različitih fotonskih komponenti na jedan čip, omogućavajući kompaktna i isplativa rješenja. Ovaj članak će istražiti roman nosač suzbijanog silikonskog IQ modulatora na osnovu Gesi Eaxa, koji može raditi na frekvenciji do 75 gbauda.
Dizajn i karakteristike uređaja
Predloženi IQ modulator donosi kompaktnu tri strukturu ruku, kao što je prikazano na slici 1 (a). Sastoji se od tri Gesi Eam i tri termo optičke premještaje optičke faze, usvajanjem simetrične konfiguracije. Ulazno svjetlo je povezano u čip kroz spoj za rešetke (GC), a ravnomjerno podijeljen u tri staze kroz multimoderometar od 1 × 3 (MMI). Nakon prolaska kroz modulator i fazni mjenjač, ​​svjetlost se rekomizira za još jedan 1 × 3 MMI, a zatim se spojio na jedno-mod vlakna (SSMF).

Slika 1: (a) mikroskopska slika IQ modulatora; (b) - (d) EO S21, omjer izumiranja i prenos jednog Gesi EAM-a; (e) šematski dijagram IQ modulatora i odgovarajuće optičke faze faznog pomicanja; (f) Reprezentacija suzbijanja nosača na složenom ravninu. Kao što je prikazano na slici 1 (b), Gesi Eam ima široku elektro-optičku propusnost. Slika 1 (b) izmjerena je parametar S21 jedne Gesi Eam testne strukture pomoću optičkog komponente 67 GHz (LCA). Podaci 1 (c) i 1 (d) prikazuju spektra statičkog izumiranja (ER) na različitim DC naponama i prijenosu na talasnoj dužini od 1555 nanometara.
Kao što je prikazano na slici 1 (E), glavna karakteristika ovog dizajna je mogućnost suzbijanja optičkih nosača podešavanjem integriranog faznog mjenjača u srednjoj ruci. Fazna razlika između gornjeg i donje ruke je π / 2, koja se koristi za složene podešavanje, dok je fazna razlika između srednje ruke iznosi -3 π / 4. Ova konfiguracija omogućuje destruktivno smetnje nosaču, kao što je prikazano u složenom ravnini od slike 1 (F).
Eksperimentalna postavka i rezultati
Eksperimentalna postavka velike brzine prikazana je na slici 2 (a). ARbitrarni generator valnog oblika (tipki M8194A) koristi se kao izvor signala, a dva faza od 60 GHz odgovaraju RF pojačala (sa integriranim suas tinejdžerima) koriste se kao upravljački programi modulatora. Napon pristranosti Gesi Eam-a je -2,5 V, a RF kabel koji odgovara fazi koristi se za minimiziranje neusklađenosti električne faze između I i Q kanala.
Slika 2: (a) Eksperimentalna postavka velike brzine, (b) nosač nosača na 70 gbaud, (c) brzine greške i brzinu podataka, (d) sazviježđa na 70 gbaud. Koristite komercijalnu lasersku laseru (ECL) sa listom sa listom od 100 kHz, talasna dužina od 1555 nm, a snage od 12 dBm kao optičkog nosača. Nakon modulacije optički signal je pojačan pomoću anErbium-dopirana fiber pojačala(EDFA) Za nadoknadu gubitaka za spajanje na čipu i gubitke za umetanje modulatora.
Na kraju prijema, optički spektarski analizator (OSA) nadgleda signalni spektar i suzbijanje nosača, kao što je prikazano na slici 2 (b) za signal 70 gbaud. Koristite koherelni prijemnik sa dvostrukom polarizacijom za primanje signala koji se sastoji od 90 stupnjeva optičkog miksera i četiri40 GHz uravnoteženih fotodioda, a povezan je sa 33 GHz, 80 GSA / S osciloskop u stvarnom vremenu (RTO) (tipku DSOZ634A). Drugi izvor ECL-a sa linidom od 100 kHz koristi se kao lokalni oscilator (LO). Zbog predajnika koji djeluje u okviru pojedinačnih polarizacijskih uvjeta, za analogno-digitalnu konverziju koriste se samo dva elektronska kanala (ADC). Podaci se bilježe na RTO i obrađuju se pomoću izvanmrežne digitalne procesore signala (DSP).
Kao što je prikazano na slici 2 (c), IQ modulator je testiran pomoću QPSK modulacijskog formata od 40 gbaud do 75 gbaud. Rezultati ukazuju da je ispod 7% tvrde odluke ispravke greške (HD-FEC) (HD-FEC) uslovi, stopa može doći do 140 GB / s; Pod uvjetom od 20% meke odluke opravdanju greške (SD-FEC), brzina može dostići 150 GB / s. Dijagram sazviježđa kod 70 gbaud prikazan je na slici 2 (D). Rezultat je ograničen osciloskopom pojasevima od 33 GHz, koji je ekvivalentan opsegu signala otprilike 66 gbaud.

Kao što je prikazano na slici 2 (b), tri strukturu ruku može učinkovito suzbiti optičke nosače sa brzinom prelaskom veže od 30 dB. Ova struktura ne zahtijeva potpunu suzbijanje nosača i može se koristiti i u prijemnicima koji zahtijevaju da su nosači tonovi za oporavak signala, kao što su prijemnici Kramer Kronig (KK). Prevoznik se može podesiti kroz centralni fazni matičar za postizanje željenog nosača u omjer bočne veze (CSR).
Prednosti i aplikacije
U poređenju s tradicionalnim mahom zehnder modulatorima (MZM modulatori) I drugi silicijumski optoelektronski IQ modulatori, predloženi silicijski IQ modulator ima više prednosti. Prvo, kompaktne je u veličini, više od 10 puta manje od IQ modulatora na osnovuMach zehnder modulatori(Isključujući vezanje jastučića), sve veća gustoća integracije i smanjenje prostora za čip. Drugo, nagnuta dizajn elektrode ne zahtijeva upotrebu terminalnih otpornika, na taj način smanjujući kapacitet uređaja i energije po bit. Treće, mogućnost suzbijanja nosača maksimizira smanjenje prenosne snage, dodatno poboljšavajući energetsku efikasnost.
Pored toga, optička širina pojasa Gesi Eam je vrlo široka (preko 30 nanometara), eliminirajući potrebu za višekanalnim povratnim kontrolnim krugovima i procesorima za stabilizaciju i sinkronizaciju rezonancije mikrovalnih modulatora (MrMS), što se time pojednostavljuje dizajn.
Ovaj kompaktan i efikasan IQ modulator vrlo je pogodan za sljedeću generaciju, visokim brojem kanala i male koherentne primopredajnice u podatkovnim centrima, omogućavajući veći kapacitet i energetski efikasniju optičku komunikaciju.
Nosač suzbijani silicijum IQ modulator pokazuje izvrsne performanse, s brzinom prijenosa podataka do 150 GB / s ispod 20% SD-FEC-ova. Njegova kompaktna struktura sa 3 ruke zasnovana na Gesi Eam-u ima značajne prednosti u pogledu otisaka, energetske efikasnosti i jednostavnosti dizajna. Ovaj modulator ima mogućnost suzbijanja ili podešavanja optičkog nosača i može se integrirati sa koherentnim detekcijom i kramerom KRONIG (KK) sheme za otkrivanje za višenamjenski kompaktni koherentni primopredajnici. Pokazana dostignuća pokreću realizaciju visoko integriranih i efikasnih optičkih primopredajnika kako bi se zadovoljile rastuću potražnju za komunikacijom podataka velikog kapaciteta u podatkovnim centrima i drugim poljima.