Компактный кремниевый оптоэлектронныйIQ модуляторДля высокоскоростной последовательной связи
Растущий спрос на более высокие показатели передачи данных и более энергоэффективные трансиверы в центрах обработки данных способствовали разработке компактных высокопроизводительныхОптические модуляторыПолем Оптоэлектронная технология на основе кремния (SIPH) стала многообещающей платформой для интеграции различных фотонных компонентов в один чип, обеспечивая компактные и экономически эффективные решения. В этой статье будет рассмотрен новый модулятор IQ, подавленный носителем, на основе GESI EAMS, который может работать с частотой до 75 Гбо.
Конструкция и характеристики устройства
Предложенный модулятор IQ применяет компактную структуру трех рук, как показано на рисунке 1 (а). Состоит из трех Gesi Eam и трех термо оптических фазовых переключателей, приняв симметричную конфигурацию. Входной свет соединяется в чип через решетчатую муфту (GC) и равномерно разделен на три пути через многомодовый интерферометр 1 × 3 (MMI). После прохождения через модулятор и фазового переключения, свет рекомбинируется еще 1 × 3 мМИ, а затем связан с одномодовым волокном (SSMF).
Рисунок 1: (а) микроскопическое изображение модулятора IQ; (B) - (D) EO S21, спектр коэффициента вымирания и пропускная способность одного GESI EAM; (e) схематическая диаграмма модулятора IQ и соответствующая оптическая фаза фазового переключения; (F) представление подавления носителей на сложной плоскости. Как показано на рисунке 1 (b), Gesi Eam имеет широкую электрооптическую полосу пропускания. Рисунок 1 (b) измерен параметр S21 одной тестовой структуры GESI EAM с использованием оптического компонентного анализатора 67 ГГц (LCA). На рисунках 1 (c) и 1 (d) соответственно изображены спектры статического коэффициента вымирания (ER) при различных напряжениях постоянного тока и передачи на длине волны 1555 нанометров.
Как показано на рисунке 1 (e), основной особенностью этой конструкции является возможность подавлять оптические носители путем регулировки интегрированного переключателя фазы в средней руке. Разница фаз между верхней и нижней руками составляет π/2, используемая для сложной настройки, в то время как разность фазы между средней рукой составляет -3 π/4. Эта конфигурация допускает деструктивные помехи для носителя, как показано в сложной плоскости рисунка 1 (f).
Экспериментальная настройка и результаты
Высокоскоростная экспериментальная установка показана на рисунке 2 (а). В качестве источника сигнала используется произвольный генератор сигналов (Keysight M8194A), и в качестве драйверов модулятора используются два соответствующих радиочастотных усилителей фазы 60 ГГц (с интегрированными тройниками смещения). Напряжение смещения gesi eam составляет -2,5 В, а радиочастотный кабель, соответствующий фазе, используется для минимизации несоответствия электрической фазы между каналами I и Q.
Рисунок 2: (а) высокоскоростная экспериментальная установка, (б) подавление носителей при 70 Гбауда, (в) частота ошибок и скорость передачи данных, (d) созвездие при 70 Гбауда. Используйте коммерческий лазер внешней полости (ECL) с шириной линии 100 кГц, длиной волны 1555 нм и мощностью 12 дБм в качестве оптического носителя. После модуляции оптический сигнал усиливается с помощьюЭрбий-легированный усилитель волокна(EDFA), чтобы компенсировать потери сцепления на чипе и потери вставки модулятора.
На приемном конце оптический анализатор спектра (OSA) контролирует спектр сигнала и подавление носителей, как показано на рисунке 2 (b) для сигнала 70 Гбода. Используйте когерентный приемник с двойной поляризацией для получения сигналов, который состоит из оптического микшера 90 градусов и четырехСбалансированные фотодиоды 40 ГГци связан с 33 ГГц, 80 GSA/S осциллографом в реальном времени (RTO) (Keysight DSOZ634A). Второй источник ECL с шириной линии 100 кГц используется в качестве локального генератора (LO). Из-за передатчика, работающего в условиях отдельной поляризации, для аналого-цифрового преобразования (ADC) используются только два электронных канала. Данные записываются на RTO и обрабатываются с использованием автономного процессора цифрового сигнала (DSP).
Как показано на рисунке 2 (C), модулятор IQ был протестирован с использованием формата модуляции QPSK от 40 Гбов до 75 Гбо. Результаты указывают на то, что при 7% жестких условиях исправления ошибок (HD-FEC) скорость может достигать 140 ГБ/с; При условии 20% программного решения по исправлению ошибок (SD-FEC) скорость может достигать 150 ГБ/с. Диаграмма созвездия при 70 Гбоу показана на рисунке 2 (D). Результат ограничен пропускной способностью осциллографа 33 ГГц, что эквивалентно пропускной способности сигнала приблизительно 66 Гбо.
Как показано на рисунке 2 (b), три структуры ARM могут эффективно подавлять оптических носителей со скоростью высадки, превышающей 30 дБ. Эта структура не требует полного подавления носителя, а также может использоваться в приемниках, которые требуют оттенков носителя для восстановления сигналов, таких как приемники Kramer Kronig (KK). Носитель может быть скорректирован с помощью центрального переключателя фазы руки для достижения желаемого соотношения носителя к боковой полосе (CSR).
Преимущества и приложения
По сравнению с традиционными модуляторами Mach Zehnder (MZM модуляторыи другие оптоэлектронные модуляторы IQ на основе кремния, предлагаемый кремниевый модулятор IQ имеет несколько преимуществ. Во -первых, он компактен по размеру, более чем в 10 раз меньше, чем модуляторы IQ на основеМаха модуляторы Zehnder(за исключением соединительных прокладков), тем самым увеличивая плотность интеграции и уменьшая площадь чипа. Во -вторых, конструкция сложенного электрода не требует использования терминальных резисторов, тем самым снижая емкость устройства и энергию за бит. В -третьих, способность подавления носителя максимизирует снижение мощности передачи, что еще больше повышает энергоэффективность.
Кроме того, оптическая полоса пропускания GESI EAM очень широкая (более 30 нанометров), что устраняет необходимость в многоканальных цепях управления обратной связью и процессорами для стабилизации и синхронизации резонанса микроволновых модуляторов (MRMS), тем самым упрощая проект.
Этот компактный и эффективный модулятор IQ очень подходит для высокого количества каналов следующего поколения и небольших когерентных трансивер в центрах обработки данных, что обеспечивает более высокую мощность и более энергоэффективную оптическую связь.
Окрученный кремний IQ-модулятор с подавленным силиконом демонстрирует превосходную производительность, причем скорость передачи данных составляет до 150 Гбит/с в 20% условиях SD-FEC. Его компактная структура с 3-артичкой, основанная на Gesi EAM, имеет значительные преимущества с точки зрения следа, энергоэффективности и простоты проектирования. Этот модулятор обладает возможностью подавлять или регулировать оптический носитель и может быть интегрирован с когерентным обнаружением и схемами обнаружения Kramer Kronig (KK) для мульти -линии компактных когерентных приемопередатчиков. Продемонстрированные достижения стимулируют реализацию высоко интегрированных и эффективных оптических трансиверов, чтобы удовлетворить растущий спрос на связь с высокой коммуникацией данных в центрах обработки данных и в других областях.
Время сообщения: 21-21 января