Кампактны оптаэлектронны прыбор на аснове крэмніюМадулятар IQдля высакахуткаснай кагерэнтнай сувязі
Растучы попыт на больш высокія хуткасці перадачы дадзеных і больш энергаэфектыўныя прыёмаперадатчыкі ў цэнтрах апрацоўкі дадзеных стымуляваў распрацоўку кампактных высокапрадукцыйных...аптычныя мадулятарыКрэмніевая оптаэлектронная тэхналогія (SiPh) стала перспектыўнай платформай для інтэграцыі розных фатонных кампанентаў на адным чыпе, што дазваляе ствараць кампактныя і эканамічна эфектыўныя рашэнні. У гэтым артыкуле будзе разгледжаны новы крэмніевы IQ-мадулятар з падаўленнем носьбітаў на аснове GeSi EAM, які можа працаваць на частаце да 75 Гбод.
Канструкцыя і характарыстыкі прылады
Прапанаваны IQ-мадулятар мае кампактную трохплечую структуру, як паказана на малюнку 1 (а). Складаецца з трох GeSi EAM і трох тэрмааптычных фазазрухальнікаў, якія маюць сіметрычную канфігурацыю. Уваходнае святло паступае на чып праз рашоткавы адказнік (GC) і раўнамерна падзяляецца на тры шляхі праз шматмодавы інтэрферометр (MMI) 1×3. Пасля праходжання праз мадулятар і фазазрухальнік святло рэкамбінуецца іншым MMI 1×3, а затым злучаецца з аднакадавым валакном (SSMF).
Малюнак 1: (a) Мікраскапічны малюнак IQ мадулятара; (b) – (d) EO S21, спектр каэфіцыента згасання і прапусканне асобнага GeSi EAM; (e) Схематычная дыяграма IQ мадулятара і адпаведнай аптычнай фазы фазазрушвальніка; (f) Прадстаўленне падаўлення носьбітаў на комплекснай плоскасці. Як паказана на малюнку 1 (b), GeSi EAM мае шырокую электрааптычную паласу прапускання. На малюнку 1 (b) вымераны параметр S21 асобнай тэставай структуры GeSi EAM з выкарыстаннем аналізатара аптычных кампанентаў (LCA) з частатой 67 ГГц. На малюнках 1 (c) і 1 (d) адпаведна паказаны спектры статычнага каэфіцыента згасання (ER) пры розных напружаннях пастаяннага току і прапусканне на даўжыні хвалі 1555 нанаметраў.
Як паказана на малюнку 1 (e), галоўнай асаблівасцю гэтай канструкцыі з'яўляецца магчымасць падаўлення аптычных носьбітаў шляхам рэгулявання ўбудаванага фазазрушвальніка ў сярэднім плячы. Розніца фаз паміж верхнім і ніжнім плячыма складае π/2 і выкарыстоўваецца для комплекснай налады, а розніца фаз паміж сярэднім плячом складае -3 π/4. Такая канфігурацыя дазваляе ствараць дэструктыўныя перашкоды для носьбіта, як паказана на комплекснай плоскасці малюнка 1 (f).
Эксперыментальная ўстаноўка і вынікі
Высокахуткасная эксперыментальная ўстаноўка паказана на малюнку 2 (а). У якасці крыніцы сігналу выкарыстоўваецца генератар адвольнай формы сігналу (Keysight M8194A), а ў якасці драйвераў мадулятара — два фазава-ўзгодненыя радыёчастотныя ўзмацняльнікі 60 ГГц (з інтэграванымі тройнікамі зрушэння). Напружанне зрушэння GeSi EAM складае -2,5 В, а для мінімізацыі электрычнай фазавай разнастайнасці паміж каналамі I і Q выкарыстоўваецца фазава-ўзгоднены радыёчастотны кабель.
Малюнак 2: (a) Высокахуткасная эксперыментальная ўстаноўка, (b) Падаўленне носьбіта пры 70 Гбод, (c) Частата памылак і хуткасць перадачы дадзеных, (d) Сузор'е пры 70 Гбод. У якасці аптычнага носьбіта выкарыстоўвайце камерцыйны лазер з вонкавым рэзанатарам (ECL) з шырынёй лініі 100 кГц, даўжынёй хвалі 1555 нм і магутнасцю 12 дБм. Пасля мадуляцыі аптычны сігнал узмацняецца з дапамогайвалаконны ўзмацняльнік, легаваны эрбіем(EDFA) для кампенсацыі страт на сувязі ўнутры чыпа і страт на ўнясенне модулятара.
На прыёмным канцы аптычны аналізатар спектру (OSA) кантралюе спектр сігналу і падаўленне носьбітаў, як паказана на малюнку 2 (b) для сігналу 70 Гбод. Для прыёму сігналаў выкарыстоўваецца кагерэнтны прыёмнік з падвойнай палярызацыяй, які складаецца з аптычнага змяшальніка з вуглом 90 градусаў і чатырох...40 ГГц збалансаваныя фотадыёды, і падлучаны да асцылографа рэальнага часу (RTO) з частатой 33 ГГц і хуткасцю перадачы 80 Гвыб/с (Keysight DSOZ634A). Другая крыніца ECL з шырынёй лініі 100 кГц выкарыстоўваецца ў якасці лакальнага генератара (LO). Паколькі перадатчык працуе ва ўмовах адзінарнай палярызацыі, для аналага-лічбавага пераўтварэння (АЛП) выкарыстоўваюцца толькі два электронныя каналы. Дадзеныя запісваюцца на RTO і апрацоўваюцца з дапамогай аўтаномнага лічбавага сігнальнага працэсара (DSP).
Як паказана на малюнку 2 (c), мадулятар IQ быў пратэставаны з выкарыстаннем фармату мадуляцыі QPSK ад 40 Гбіт/с да 75 Гбіт/с. Вынікі паказваюць, што пры ўмове 7% жорсткай карэкцыі памылак прамога рашэння (HD-FEC) хуткасць можа дасягаць 140 Гбіт/с; пры ўмове 20% мяккай карэкцыі памылак прамога рашэння (SD-FEC) хуткасць можа дасягаць 150 Гбіт/с. Дыяграма сузор'я пры 70 Гбіт/с паказана на малюнку 2 (d). Вынік абмежаваны прапускной здольнасцю асцылографа 33 ГГц, што эквівалентна прапускной здольнасці сігналу прыблізна 66 Гбіт/с.
Як паказана на малюнку 2 (b), трохплячовая структура можа эфектыўна падаўляць аптычныя носьбіты з частатой гашэння больш за 30 дБ. Гэтая структура не патрабуе поўнага падаўлення носьбіта і таксама можа выкарыстоўвацца ў прыёмніках, якім для аднаўлення сігналаў патрэбныя тоны носьбіта, такіх як прыёмнікі Kramer Kronig (KK). Носьбіт можна рэгуляваць з дапамогай фазазрушвальніка цэнтральнага пляча для дасягнення патрэбнага суадносін носьбіта і бакавой паласы (CSR).
Перавагі і прымяненне
У параўнанні з традыцыйнымі мадулятарамі Маха-Цэндэра (Мадулятары MZM) і іншых крэмніевых оптаэлектронных IQ-мадулятараў, прапанаваны крэмніевы IQ-мадулятар мае мноства пераваг. Па-першае, ён кампактны па памеры, больш чым у 10 разоў меншы за IQ-мадулятары на асновеМадулятары Маха-Цэндэра(за выключэннем кантактных пляцовак), што павялічвае шчыльнасць інтэграцыі і памяншае плошчу чыпа. Па-другое, канструкцыя са шматслаёвымі электродамі не патрабуе выкарыстання канцавых рэзістараў, што зніжае ёмістасць прылады і энергію на біт. Па-трэцяе, магчымасць падаўлення носьбітаў максімізуе зніжэнне магутнасці перадачы, што яшчэ больш павышае энергаэфектыўнасць.
Акрамя таго, аптычная паласа прапускання GeSi EAM вельмі шырокая (больш за 30 нанаметраў), што выключае неабходнасць у шматканальных схемах кіравання з зваротнай сувяззю і працэсарах для стабілізацыі і сінхранізацыі рэзанансу мікрахвалевых мадулятараў (MRM), тым самым спрашчаючы канструкцыю.
Гэты кампактны і эфектыўны IQ-мадулятар выдатна падыходзіць для прыёмаперадатчыкаў наступнага пакалення з вялікай колькасцю каналаў і невялікіх кагерэнтных прыёмаперадатчыкаў у цэнтрах апрацоўкі дадзеных, што дазваляе павялічыць прапускную здольнасць і павялічыць энергаэфектыўнасць аптычнай сувязі.
Крэмніевы мадулятар IQ з падаўленнем носьбітаў дэманструе выдатную прадукцыйнасць, са хуткасцю перадачы дадзеных да 150 Гбіт/с ва ўмовах 20% SD-FEC. Яго кампактная 3-плячовая структура на аснове GeSi EAM мае значныя перавагі з пункту гледжання памеру, энергаэфектыўнасці і прастаты канструкцыі. Гэты мадулятар мае магчымасць падаўлення або рэгулявання аптычнай носьбітаў і можа быць інтэграваны са схемамі кагерэнтнага дэтэктавання і дэтэктавання Kramer Kronig (KK) для шматлінейных кампактных кагерэнтных прыёмаперадатчыкаў. Прадэманстраваныя дасягненні стымулююць рэалізацыю высокаінтэграваных і эфектыўных аптычных прыёмаперадатчыкаў для задавальнення расце попыту на высокапрапускную перадачу дадзеных у цэнтрах апрацоўкі дадзеных і іншых галінах.
Час публікацыі: 21 студзеня 2025 г.