לתקשורת קוהרנטית במהירות גבוהה קומפקטית קומפקטית

אופטו-אלקטרוניקה מבוסס סיליקון קומפקטימודולטור IQלתקשורת קוהרנטית במהירות גבוהה
הביקוש ההולך וגובר לשיעורי העברת נתונים גבוהים יותר ומשדרים חסכוניים יותר באנרגיה במרכזי נתונים הניע את פיתוח הביצועים הגבוהים הקומפקטייםמודולטורים אופטייםו טכנולוגיה אופטואלקטרית מבוססת סיליקון (SIPH) הפכה לפלטפורמה מבטיחה לשילוב רכיבים פוטוניים שונים על שבב יחיד, המאפשרים פתרונות קומפקטיים וחסכוניים. מאמר זה יחקור מודולטור סיליקון IQ מדוכא מוביל חדש המבוסס על גסי, שיכול לפעול בתדר של עד 75 GBAUD.
עיצוב ומאפיינים של מכשירים
מודולטור ה- IQ המוצע מאמץ מבנה שלוש זרועות קומפקטי, כפי שמוצג באיור 1 (א). מורכבים משלושה GESI EAM ושלושה מסבי פאזה אופטיים תרמיים, ומאמצים תצורה סימטרית. נורת הקלט משולבת לשבב דרך מצמד סורג (GC) ומחולקת באופן שווה לשלושה נתיבים דרך אינטרפרומטר מולטי -מוד (MMI) 1 × 3 (MMI). לאחר שעבר דרך המודולטור ומחלף הפאזות, האור משוחרר מחדש על ידי עוד 1 × 3 מ"מ ואז משולב לסיב יחיד (SSMF).


איור 1: (א) תמונה מיקרוסקופית של מודולטור IQ; (ב) - (ד) EO S21, ספקטרום יחס ההכחדה והעברה של gesi eam יחיד; (ה) תרשים סכמטי של מודולטור IQ ושלב אופטי תואם של מחליף פאזה; (ו) ייצוג דיכוי המנשא במישור המורכב. כפי שמוצג באיור 1 (ב), ל- Gesi EAM רוחב פס אלקטרו אופטי רחב. איור 1 (ב) מדד את פרמטר S21 של מבנה בדיקת GESI EAM יחיד באמצעות מנתח רכיבים אופטי של 67 ג'יגה הרץ (LCA). איורים 1 (ג) ו- 1 (ד) מתארים בהתאמה את ספקטרום יחס ההכחדה הסטטי (ER) במתחי DC שונים ואת השידור באורך גל של 1555 ננומטר.
כפי שמוצג באיור 1 (ה), התכונה העיקרית של תכנון זה היא היכולת לדכא נשאים אופטיים על ידי התאמת מחלף השלב המשולב בזרוע האמצעית. הפרש הפאזה בין הזרועות העליונות והתחתונות הוא π/2, המשמש לכוונון מורכב, ואילו הפרש הפאזה בין הזרוע האמצעית הוא -3 π/4. תצורה זו מאפשרת הפרעה הרסנית למנשא, כפי שמוצג במישור המורכב של איור 1 (ו).
הגדרת ניסוי ותוצאות
ההתקנה הניסיונית במהירות גבוהה מוצגת באיור 2 (א). מחולל צורת גל שרירותי (Keysight M8194A) משמש כמקור האות, ושני מגברי RF תואמים של 60 ג'יגה הרץ (עם טיז הטיה משולב) משמשים כמנהלי מודולטור. מתח ההטיה של GESI EAM הוא -2.5 וולט, וכבל RF תואם שלב משמש כדי למזער את אי התאמת השלב החשמלי בין ערוצי I ו- Q.
איור 2: (א) הגדרת ניסוי במהירות גבוהה, (ב) דיכוי הספק ב 70 GBAUD, (ג) קצב שגיאה וקצב נתונים, (ד) קונסטלציה ב 70 GBAUD. השתמש בלייזר חלל חיצוני מסחרי (ECL) עם קו קו של 100 קילו הרץ, אורך גל של 1555 ננומטר, וכוח של 12 dBM כמוביל האופטי. לאחר אפנון, האות האופטי מוגבר באמצעות ANמגבר סיבים מסומם ארביום(EDFA) כדי לפצות על הפסדי צימוד על השבבים והפסדי החדרת מודולטור.
בסוף הקבלה, מנתח ספקטרום אופטי (OSA) עוקב אחר ספקטרום האות ודיכוי הספק, כפי שמוצג באיור 2 (ב) עבור אות 70 GBAUD. השתמש במקלט קוהרנטי בקיטוב כפול כדי לקבל אותות, המורכבים ממיקסר אופטי של 90 מעלות וארבעה40 ג'יגה הרץ פוטודיודים מאוזנים, ומחובר לאוסצילוסקופ בזמן אמת של 33 ג'יגה הרץ, 80 GSA/S בזמן אמת (RTO) (Keysight DSOZ634A). מקור ה- ECL השני עם רוחב קו של 100 קילו הרץ משמש כמתנד מקומי (LO). בשל המשדר הפועל בתנאי קיטוב בודדים, רק שני ערוצים אלקטרוניים משמשים להמרה אנלוגית לדיגיטלית (ADC). הנתונים נרשמים ב- RTO ומעובדים באמצעות מעבד אות דיגיטלי לא מקוון (DSP).
כפי שמוצג באיור 2 (ג), מודולטור ה- IQ נבדק באמצעות פורמט אפנון QPSK מ- 40 GBAUD ל- 75 GBAUD. מהתוצאות עולה כי בתנאי תיקון שגיאות קדימה של 7% החלטה קדימה (HD-FEC), השיעור יכול להגיע ל -140 ג'יגה-בייט/ש '; בתנאי של 20% תיקון שגיאות קדימה של 20% (SD-FEC), המהירות יכולה להגיע ל -150 ג'יגה-בייט/שניות. תרשים הקונסטלציה ב- 70 GBAUD מוצג באיור 2 (ד). התוצאה מוגבלת על ידי רוחב הפס האוסצילוסקופ של 33 ג'יגה הרץ, השווה לרוחב פס איתות של כ- 66 GBAUD.


כפי שמוצג באיור 2 (ב), מבנה שלוש הזרוע יכול לדכא ביעילות נשאים אופטיים עם קצב פיתול העולה על 30 dB. מבנה זה אינו דורש דיכוי מלא של המנשא וניתן להשתמש בו גם במקלטים הדורשים צלילי נשא כדי לשחזר אותות, כמו מקלטים של קרמר קרוניג (KK). ניתן לכוונן את המנשא דרך מחלף שלב זרוע מרכזי כדי להשיג את היחס המנשא הרצוי לצדדים (CSR).
יתרונות ויישומים
בהשוואה למודולי Zehnder המסורתיים של מאך (מודולי MZM) ומודולי IQ אופטואלקטרוניים אחרים מבוססי סיליקון, למודולטור ה- IQ של הסיליקון המוצע יש יתרונות מרובים. ראשית, הוא קומפקטי בגודל, יותר פי פי עשרה ממודולי מנת משכל על בסיסמודולציה של מאך ז'נדר(לא כולל רפידות מליטה), ובכך מגדיל את צפיפות האינטגרציה והפחתת שטח השבב. שנית, תכנון האלקטרודות המוקם אינו דורש שימוש בנגדים סופניים, ובכך מפחית את קיבול המכשירים והאנרגיה לכל סיביות. שלישית, יכולת דיכוי המוביל ממקסמת את הפחתת כוח ההולכה, ומשפרת עוד יותר את יעילות האנרגיה.
בנוסף, רוחב הפס האופטי של Gesi Eam הוא רחב מאוד (מעל 30 ננומטר), ומבטל את הצורך במעגלי בקרת משוב רב-ערוציים כדי לייצב ולסנכרן את התהודה של מודולי מיקרוגל (MRMs), ובכך לפשט את העיצוב.
מודולטור מנת משכל קומפקטי ויעיל זה מתאים מאוד לדור הבא, ספירת ערוצים גבוהה ומשדרים קוהרנטיים קטנים במרכזי נתונים, ומאפשרים קיבולת גבוהה יותר ותקשורת אופטית חסכונית יותר באנרגיה.
המנשא המדכא את מודולטור ה- IQ של הסיליקון מציג ביצועים מצוינים, עם שיעור העברת נתונים של עד 150 ג'יגה-בייט/ש 'בתנאי SD-FEC. המבנה הקומפקטי בן 3 הזרועות שלו המבוסס על Gesi EAM יש יתרונות משמעותיים מבחינת טביעת רגל, יעילות אנרגטית ופשטות תכנון. למודולטור זה יש את היכולת לדכא או להתאים את המוביל האופטי וניתן לשלב אותו עם גילוי קוהרנטי ותכניות גילוי קרמר קרוניג (KK) עבור משדרים קוהרנטיים קומפקטיים רב -קו. ההישגים המוכיחים מניעים מימוש של משדרים אופטיים משולבים ויעילים מאוד כדי לעמוד בביקוש ההולך וגובר לתקשורת נתונים בעלת קיבולת גבוהה במרכזי נתונים ובתחומים אחרים.


זמן ההודעה: ינואר -21-2025