Compact op siliconen gebaseerd opto-elektronischIQ -modulatorvoor high-speed coherente communicatie
De toenemende vraag naar hogere gegevensoverdrachtspercentages en meer energie-efficiënte transceivers in datacenters heeft de ontwikkeling van compacte high-performance aangedrevenoptische modulatoren. Op siliconen gebaseerde opto-elektronische technologie (SIPH) is een veelbelovend platform geworden voor het integreren van verschillende fotonische componenten in een enkele chip, waardoor compacte en kosteneffectieve oplossingen mogelijk zijn. Dit artikel zal een nieuwe drager verkennen die silicium IQ -modulator onderdrukt op basis van GESI Eams, die met een frequentie van maximaal 75 GBAUD kan werken.
Apparaatontwerp en -kenmerken
De voorgestelde IQ -modulator neemt een compacte drie -armstructuur aan, zoals weergegeven in figuur 1 (a). Samengesteld uit drie GESI EAM en drie thermo optische fase -shifters, die een symmetrische configuratie aannemen. Het ingangslampje wordt in de chip gekoppeld door een roosterkoppeling (GC) en gelijkmatig verdeeld in drie paden door een multimode interferometer van 1 x 3 (MMI). Na het passeren van de modulator en faseverschuiving wordt het licht opnieuw gecombineerd door nog een 1 x 3 mmi en vervolgens gekoppeld aan een single-mode vezel (SSMF).
Figuur 1: (a) Microscopisch beeld van IQ -modulator; (b) - (d) EO S21, uitstervende verhouding spectrum en transmissie van een enkel GESI EAM; (e) schematisch diagram van IQ -modulator en overeenkomstige optische fase van faseverschuiving; (f) Vertegenwoordiging van drageronderdrukking op het complexe vlak. Zoals getoond in figuur 1 (b) heeft Gesi EAM een brede elektro-optische bandbreedte. Figuur 1 (b) gemeten de S21 -parameter van een enkele GESI EAM -teststructuur met behulp van een 67 GHz optische componentanalysator (LCA). Figuren 1 (c) en 1 (d) geven respectievelijk de statische extinctie -verhouding (ER) -spectra weer bij verschillende DC -spanningen en de transmissie bij een golflengte van 1555 nanometers.
Zoals getoond in figuur 1 (e), is het belangrijkste kenmerk van dit ontwerp de mogelijkheid om optische dragers te onderdrukken door de geïntegreerde fase -shifter in de middelste arm aan te passen. Het faseverschil tussen de bovenste en onderste armen is π/2, gebruikt voor complexe afstemming, terwijl het faseverschil tussen de middelste arm -3 π/4 is. Deze configuratie zorgt voor destructieve interferentie met de drager, zoals weergegeven in het complexe vlak van figuur 1 (f).
Experimentele opstelling en resultaten
De high-speed experimentele opstelling wordt getoond in figuur 2 (a). Een willekeurige golfvormgenerator (Keysight M8194A) wordt gebruikt als de signaalbron en twee 60 GHz -fase gematchte RF -versterkers (met geïntegreerde bias -T -stukken) worden gebruikt als modulatordrivers. De biasspanning van GESI EAM is -2,5 V en een fase gematchte RF -kabel wordt gebruikt om de mismatch van de elektrische fase tussen de I- en Q -kanalen te minimaliseren.
Figuur 2: (a) Experimentele opstelling met hoge snelheid, (b) Carrier -onderdrukking bij 70 GBAUD, (c) Foutpercentage en gegevenssnelheid, (d) Constellatie bij 70 GBAUD. Gebruik een commerciële externe holtelaser (ECL) met een lijnbreedte van 100 kHz, golflengte van 1555 nm en vermogen van 12 dbm als de optische drager. Na modulatie wordt het optische signaal versterkt met behulp van eenErbium-gedoteerde vezelversterker(EDFA) Om on-chip koppelingsverliezen en modulatorinvoegverliezen te compenseren.
Aan de ontvangende kant bewaakt een optische spectrumanalysator (OSA) het signaalspectrum en de onderdrukking van de dragers, zoals weergegeven in figuur 2 (b) voor een 70 GBAUD -signaal. Gebruik een coherente ontvanger met dubbele polarisatie om signalen te ontvangen, die bestaat uit een optische mixer van 90 graden en vier40 GHz gebalanceerde fotodioden, en is verbonden met een 33 GHz, 80 GSA/s realtime oscilloscoop (RTO) (Keysight DSOZ634A). De tweede ECL -bron met een lijnbreedte van 100 kHz wordt gebruikt als een lokale oscillator (LO). Vanwege de zender die onder enkele polarisatieomstandigheden werkt, worden slechts twee elektronische kanalen gebruikt voor analoog-naar-digitale conversie (ADC). De gegevens worden opgenomen op RTO en verwerkt met behulp van een offline digitale signaalprocessor (DSP).
Zoals getoond in figuur 2 (c), werd de IQ -modulator getest met behulp van QPSK -modulatie -indeling van 40 GBAUD tot 75 GBAUD. De resultaten geven aan dat de voorwaarden van de HD-FEC) onder 7% voorwaartse foutcorrectie (HD-FEC) de snelheid 140 GB/s kunnen bereiken; Onder voorwaarde van 20% Soft Decision Forward Fout Correctie (SD-FEC) kan de snelheid 150 GB/s bereiken. Het constellatiediagram bij 70 GBaud wordt getoond in figuur 2 (d). Het resultaat wordt beperkt door de oscilloscoopbandbreedte van 33 GHz, die gelijkwaardig is aan een signaalbandbreedte van ongeveer 66 GBAUD.
Zoals getoond in figuur 2 (b), kan de drie -armstructuur optische dragers effectief onderdrukken met een blanco -snelheid van meer dan 30 dB. Deze structuur vereist geen volledige onderdrukking van de drager en kan ook worden gebruikt in ontvangers waarvoor draagtonen vereisen dat ze signalen terugvorderen, zoals ontvangers van Kramer Kronig (KK). De drager kan worden aangepast via een centrale armfase -shifter om de gewenste drager tot zijbandverhouding (CSR) te bereiken.
Voordelen en toepassingen
Vergeleken met traditionele Mach Zehnder -modulatoren (MZM -modulatoren) en andere op silicium gebaseerde opto-elektronische IQ-modulatoren, de voorgestelde silicium IQ-modulator heeft meerdere voordelen. Ten eerste is het compact in grootte, meer dan 10 keer kleiner dan IQ -modulatoren op basis vanMach Zehnder -modulatoren(exclusief bindingskussens), waardoor de integratiedichtheid wordt verhoogd en het chipgebied wordt verminderd. Ten tweede vereist het gestapelde elektrode -ontwerp niet het gebruik van terminalweerstanden, waardoor de capaciteit en energie per bit wordt verminderd. Ten derde maximaliseert de carrier -onderdrukkingscapaciteit de vermindering van het transmissievermogen, waardoor de energie -efficiëntie verder wordt verbeterd.
Bovendien is de optische bandbreedte van GESI EAM zeer breed (meer dan 30 nanometers), waardoor de behoefte aan multi-channel feedbackbesturingscircuits en processors wordt geëlimineerd om de resonantie van microgolfmodulatoren (MRM's) te stabiliseren en te synchroniseren, waardoor het ontwerp wordt vereenvoudigd.
Deze compacte en efficiënte IQ-modulator is zeer geschikt voor de volgende generatie, hoge kanaaltelling en kleine coherente zoepen in datacenters, waardoor een hogere capaciteit en meer energie-efficiënte optische communicatie mogelijk zijn.
De drager onderdrukte Silicon IQ-modulator vertoont uitstekende prestaties, met een gegevensoverdracht tot 150 GB/s onder 20% SD-FEC-omstandigheden. De compacte 3-arm-structuur op basis van GESI EAM heeft aanzienlijke voordelen in termen van voetafdruk, energie-efficiëntie en eenvoud. Deze modulator heeft de mogelijkheid om de optische drager te onderdrukken of aan te passen en kan worden geïntegreerd met coherente detectie en Kramer Kronig (KK) detectieschema's voor multi -line compacte coherente transceivers. De aangetoonde prestaties stimuleren de realisatie van sterk geïntegreerde en efficiënte optische transceivers om te voldoen aan de groeiende vraag naar gegevenscommunicatie met hoge capaciteit in datacenters en andere gebieden.
Posttijd: jan-21-2025