Til højhastigheds-sammenhængende kommunikationskompakt siliciumbaseret optoelektronisk IQ-modulator

Kompakt siliciumbaseret optoelektroniskIQ -modulatortil højhastigheds sammenhængende kommunikation
Den stigende efterspørgsel efter højere dataoverførselshastigheder og mere energieffektive transceivere i datacentre har drevet udviklingen af ​​kompakt højtydendeOptiske modulatorer. Siliciumbaseret optoelektronisk teknologi (SIPH) er blevet en lovende platform til at integrere forskellige fotoniske komponenter på en enkelt chip, hvilket muliggør kompakte og omkostningseffektive løsninger. Denne artikel vil udforske en ny bærer undertrykt Silicon IQ -modulator baseret på Gesi EAMS, som kan fungere med en frekvens på op til 75 GBaud.
Enhedsdesign og egenskaber
Den foreslåede IQ -modulator vedtager en kompakt tre armstruktur, som vist i figur 1 (a). Sammensat af tre GESI EAM og tre Termo -optiske faseskiftere ved anvendelse af en symmetrisk konfiguration. Inputlyset kobles ind i chippen gennem en gitterkobling (GC) og er jævnt opdelt i tre stier gennem et 1 × 3 multimode -interferometer (MMI). Efter at have passeret gennem modulatoren og faseskifteren, rekombineres lyset med yderligere 1 × 3 mmi og kobles derefter til en enkelt-mode fiber (SSMF).

Figur 1: (a) Mikroskopisk billede af IQ -modulator; (B) - (D) EO S21, Extinction Ratio Spectrum og transmission af en enkelt GESI EAM; (e) skematisk diagram over IQ -modulator og tilsvarende optisk fase af faseskifter; (f) Bæresuppressionsrepræsentation på det komplekse plan. Som vist i figur 1 (b) har Gesi Eam en bred elektrooptisk båndbredde. Figur 1 (b) målte S21 -parameteren for en enkelt GESI EAM -teststruktur ved anvendelse af en 67 GHz optisk komponentanalysator (LCA). Figur 1 (c) og 1 (d) viser henholdsvis det statiske udryddelsesforhold (ER) spektre ved forskellige DC -spændinger og transmissionen ved en bølgelængde på 1555 nanometre.
Som vist i figur 1 (e) er det vigtigste træk ved dette design evnen til at undertrykke optiske bærere ved at justere den integrerede faseskifter i den midterste arm. Faseforskellen mellem de øvre og underarme er π/2, der bruges til kompleks tuning, mens faseforskellen mellem midterste arm er -3 π/4. Denne konfiguration muliggør destruktiv interferens til bæreren, som vist i det komplekse plan i figur 1 (f).
Eksperimentel opsætning og resultater
Den højhastighedseksperimentelle opsætning er vist i figur 2 (a). En vilkårlig bølgeformgenerator (Keysight M8194A) bruges som signalkilde, og to 60 GHz -fase matchede RF -forstærkere (med integrerede bias tees) bruges som modulatordrivere. Bias -spændingen på Gesi Eam er -2,5 V, og et fase matchet RF -kabel bruges til at minimere el -fase -misforhold mellem I- og Q -kanalerne.
Figur 2: (a) eksperimentel opsætning af høj hastighed, (b) bærerundertrykkelse ved 70 gbaud, (c) fejlrate og datahastighed, (d) konstellation ved 70 gbaud. Brug en kommerciel ekstern hulrumslaser (ECL) med en linjebredde på 100 kHz, bølgelængde på 1555 nm og effekt på 12 dBm som den optiske bærer. Efter modulering forstærkes det optiske signal ved hjælp af enErbium-dopet fiberforstærker(EDFA) for at kompensere for tab på chip-kobling og tab af modulatorindsættelser.
I den modtagende ende overvåger en optisk spektrumanalysator (OSA) signalspektret og bærerundertrykkelse, som vist i figur 2 (b) for et 70 GBaud -signal. Brug en dobbeltpolariseringskohærent modtager til at modtage signaler, der består af en 90 graders optisk mixer og fire40 GHz afbalancerede fotodioder, og er forbundet til et 33 GHz, 80 GSA/s realtids oscilloskop (RTO) (Keysight DSOZ634A). Den anden ECL -kilde med en linjebredde på 100 kHz bruges som en lokal oscillator (LO). På grund af den sender, der fungerer under enkeltpolarisationsbetingelser, bruges kun to elektroniske kanaler til analog-til-digital konvertering (ADC). Dataene registreres på RTO og behandles ved hjælp af en offline digital signalprocessor (DSP).
Som vist i figur 2 (c) blev IQ -modulatoren testet under anvendelse af QPSK -moduleringsformat fra 40 Gbaud til 75 GBaud. Resultaterne indikerer, at forholdet under 7% hård beslutning fremadrettet fejlkorrektion (HD-FEC), hastigheden kan nå 140 GB/s; Under betingelse af 20% blød beslutning fremadrettet fejlkorrektion (SD-FEC) kan hastigheden nå 150 GB/s. Konstellationsdiagrammet ved 70 Gbaud er vist i figur 2 (d). Resultatet er begrænset af oscilloskopbåndbredden på 33 GHz, hvilket svarer til en signalbåndbredde på ca. 66 gbaud.

Som vist i figur 2 (b) kan den tre armstruktur effektivt undertrykke optiske bærere med en blankingshastighed, der overstiger 30 dB. Denne struktur kræver ikke fuldstændig undertrykkelse af transportøren og kan også bruges i modtagere, der kræver bæretoner for at gendanne signaler, såsom Kramer Kronig (KK) -modtagere. Luftfartsselskabet kan justeres gennem en central armfase -skifter for at opnå det ønskede bærer og sidebåndsforhold (CSR).
Fordele og applikationer
Sammenlignet med traditionelle Mach Zehnder -modulatorer (MZM -modulatorer) og andre siliciumbaserede optoelektroniske IQ-modulatorer, den foreslåede Silicon IQ-modulator har flere fordele. For det første er det kompakt i størrelse, mere end 10 gange mindre end IQ -modulatorer baseret påMach Zehnder -modulatorer(ekskl. Limningspuder), hvilket øger integrationstætheden og reducerer chipområdet. For det andet kræver det stablede elektrodesign ikke anvendelse af terminalmodstande og reducerer derved enhedens kapacitet og energi pr. Bit. For det tredje maksimerer bærerundertrykkelsesevnen reduktionen af ​​transmissionseffekten, hvilket forbedrer energieffektiviteten yderligere.
Derudover er den optiske båndbredde af Gesi Eam meget bred (over 30 nanometre), hvilket eliminerer behovet for multi-kanals feedback-kontrolkredsløb og processorer for at stabilisere og synkronisere resonansen af ​​mikrobølgemodulatorer (MRMS), hvilket forenkler designet.
Denne kompakte og effektive IQ-modulator er meget velegnet til næste generation, højt kanalantal og små sammenhængende transceivere i datacentre, hvilket muliggør højere kapacitet og mere energieffektiv optisk kommunikation.
Bæreren undertrykte Silicon IQ-modulator udviser fremragende ydelse med en datatransmissionshastighed på op til 150 GB/s under 20% SD-FEC-forhold. Dens kompakte 3-armstruktur baseret på Gesi Eam har betydelige fordele med hensyn til fodaftryk, energieffektivitet og design enkelhed. Denne modulator har evnen til at undertrykke eller justere det optiske bærer og kan integreres med sammenhængende detektion og Kramer Kronig (KK) detektionsskemaer for multi -linjekompakte sammenhængende transceivere. De demonstrerede resultater driver realiseringen af ​​meget integrerede og effektive optiske transceivere til at imødekomme den voksende efterspørgsel efter datakommunikation med høj kapacitet inden for datacentre og andre felter.