Компакттуу кремний негизиндеги оптоэлектрондукIQ модуляторужогорку ылдамдыктагы когеренттүү байланыш үчүн
Маалымат борборлорунда маалыматтарды берүүнүн жогорку ылдамдыгына жана энергияны үнөмдөөчү кабыл алгыч-трансиверлерге болгон суроо-талаптын өсүшү компакттуу, жогорку өндүрүмдүү компьютерлердин өнүгүшүнө түрткү болду.оптикалык модуляторлорКремнийге негизделген оптоэлектрондук технология (SiPh) ар кандай фотондук компоненттерди бир чипке интеграциялоо үчүн келечектүү платформага айланды, бул компакттуу жана үнөмдүү чечимдерди камсыз кылат. Бул макалада 75 Гбого чейинки жыштыкта иштей алган GeSi EAMдерге негизделген жаңы алып жүрүүчү басылган кремний IQ модулятору каралат.
Түзмөктүн дизайны жана мүнөздөмөлөрү
Сунушталган IQ модулятору 1-сүрөттө (а) көрсөтүлгөндөй, компакттуу үч колдуу түзүлүштү колдонот. Үч GeSi EAM жана үч термооптикалык фазалык которгучтан турат, симметриялуу конфигурацияны кабыл алат. Киргизүү жарыгы торчолуу муфта (GC) аркылуу чипке туташтырылып, 1×3 көп режимдүү интерферометр (MMI) аркылуу үч жолго бирдей бөлүнөт. Модулятор жана фазалык которгуч аркылуу өткөндөн кийин, жарык дагы бир 1×3 MMI менен кайра бириктирилет жана андан кийин бир режимдүү булага (SSMF) туташтырылат.
1-сүрөт: (а) IQ модуляторунун микроскопиялык сүрөтү; (b) – (d) EO S21, өчүү катышынын спектри жана бир GeSi EAMдын өткөрүмдүүлүгү; (e) IQ модуляторунун жана фазалык которгучтун тиешелүү оптикалык фазасынын схемалык диаграммасы; (f) Ташуучуну басуунун комплекстүү тегиздиктеги көрсөтүлүшү. 1-сүрөттө (b) көрсөтүлгөндөй, GeSi EAM кеңири электро-оптикалык өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ. 1-сүрөттө (b) 67 ГГц оптикалык компоненттик анализаторду (LCA) колдонуу менен бир GeSi EAM сыноо түзүмүнүн S21 параметри өлчөнгөн. 1-сүрөттө (c) жана 1-сүрөттө (d) ар кандай туруктуу ток чыңалууларындагы статикалык өчүү катышынын (ER) спектрлери жана 1555 нанометр толкун узундугундагы өткөрүү көрсөтүлгөн.
1-сүрөттө (e) көрсөтүлгөндөй, бул конструкциянын негизги өзгөчөлүгү - ортоңку рычагдагы интеграцияланган фазалык которгучту тууралоо менен оптикалык алып жүрүүчүлөрдү басуу мүмкүнчүлүгү. Жогорку жана төмөнкү рычагдардын ортосундагы фаза айырмасы π/2, татаал жөндөө үчүн колдонулат, ал эми ортоңку рычагдын ортосундагы фаза айырмасы -3 π/4. Бул конфигурация 1-сүрөттөгү (f) татаал тегиздикте көрсөтүлгөндөй, алып жүрүүчүгө кыйратуучу тоскоолдуктарды жаратууга мүмкүндүк берет.
Эксперименталдык орнотуу жана натыйжалар
Жогорку ылдамдыктагы эксперименталдык орнотуу 2-сүрөттө (а) көрсөтүлгөн. Сигнал булагы катары каалагандай толкун формасынын генератору (Keysight M8194A) колдонулат, ал эми модулятор драйверлери катары эки 60 ГГц фаза менен дал келген RF күчөткүчтөрү (интеграцияланган кыйшайган тройниктери менен) колдонулат. GeSi EAMдин кыйшайган чыңалуусу -2,5 В түзөт, ал эми I жана Q каналдарынын ортосундагы электр фазасынын дал келбестигин минималдаштыруу үчүн фаза менен дал келген RF кабели колдонулат.
2-сүрөт: (а) Жогорку ылдамдыктагы эксперименталдык орнотуу, (б) 70 Гбодогу алып жүрүүчүнү басуу, (в) Ката ылдамдыгы жана маалымат берүү ылдамдыгы, (г) 70 Гбодогу топ жылдыз. Оптикалык алып жүрүүчү катары сызык туурасы 100 кГц, толкун узундугу 1555 нм жана кубаттуулугу 12 дБм болгон коммерциялык тышкы көңдөй лазерин (ECL) колдонуңуз. Модуляциядан кийин, оптикалык сигнал күчөтүлөт.эрбий кошулган була күчөткүч(EDFA) чиптеги байланыш жоготууларын жана модуляторду киргизүү жоготууларын компенсациялоо үчүн.
Кабыл алуучу тарапта, оптикалык спектр анализатору (OSA) сигнал спектрин жана алып жүрүүчүнү басууну көзөмөлдөйт, бул 2-сүрөттө (b) көрсөтүлгөндөй, 70 Гбо сигналы үчүн. Сигналдарды кабыл алуу үчүн кош поляризацияланган когеренттүү кабыл алгычты колдонуңуз, ал 90 градустук оптикалык аралаштыргычтан жана төрт40 ГГц тең салмактуу фотодиоддор, жана 33 ГГц, 80 GSa/с реалдуу убакыттагы осциллографка (RTO) (Keysight DSOZ634A) туташтырылган. 100 кГц сызык туурасы бар экинчи ECL булагы жергиликтүү осциллятор (LO) катары колдонулат. Өткөргүч бир поляризация шарттарында иштегендиктен, аналогдук-санариптик конвертация (ADC) үчүн эки гана электрондук канал колдонулат. Маалыматтар RTOго жазылып, оффлайн санариптик сигнал процессору (DSP) аркылуу иштетилет.
2-сүрөттө (c) көрсөтүлгөндөй, IQ модулятору 40 Гбодон 75 Гбого чейинки QPSK модуляция форматын колдонуу менен сыналган. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, 7% катуу чечимди алдыга жылдыруу катасын оңдоо (HD-FEC) шарттарында ылдамдык 140 Гбит/с жетиши мүмкүн; 20% жумшак чечимди алдыга жылдыруу катасын оңдоо (SD-FEC) шартында ылдамдык 150 Гбит/с жетиши мүмкүн. 70 Гбодогу топ жылдыз диаграммасы 2-сүрөттө (d) көрсөтүлгөн. Жыйынтык 33 ГГц осциллографтын өткөрүү жөндөмдүүлүгү менен чектелген, бул болжол менен 66 Гбод сигнал өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө барабар.
2-сүрөттө (b) көрсөтүлгөндөй, үч колдуу түзүлүш 30 дБ ашкан боштук ылдамдыгы менен оптикалык алып жүрүүчүлөрдү натыйжалуу басат. Бул түзүлүш алып жүрүүчүнү толук басууну талап кылбайт жана ошондой эле Kramer Kronig (KK) кабыл алгычтары сыяктуу сигналдарды калыбына келтирүү үчүн алып жүрүүчү үндөрдү талап кылган кабыл алгычтарда колдонулушу мүмкүн. Каалаган алып жүрүүчүнүн каптал тилкеге катышуусуна (CSR) жетүү үчүн алып жүрүүчүнү борбордук кол фаза которгучу аркылуу тууралоого болот.
Артыкчылыктары жана колдонулуштары
Кадимки Mach Zehnder модуляторлору менен салыштырганда (MZM модуляторлору) жана башка кремний негизиндеги оптоэлектрондук IQ модуляторлору менен бирге, сунушталган кремний IQ модулятору бир катар артыкчылыктарга ээ. Биринчиден, ал өлчөмү боюнча компакттуу, IQ модуляторлоруна караганда 10 эседен ашык кичине.Мах Зендер модуляторлору(байланыштыруучу аянтчаларды кошпогондо), ошону менен интеграция тыгыздыгын жогорулатат жана чиптин аянтын азайтат. Экинчиден, кабатталган электроддун дизайны терминалдык резисторлорду колдонууну талап кылбайт, ошону менен түзмөктүн сыйымдуулугун жана битке энергияны азайтат. Үчүнчүдөн, алып жүрүүчүнү басуу мүмкүнчүлүгү берүү кубаттуулугун азайтууну максималдуу түрдө жогорулатат, бул энергиянын натыйжалуулугун андан ары жакшыртат.
Мындан тышкары, GeSi EAM оптикалык өткөрүү жөндөмдүүлүгү абдан кең (30 нанометрден ашык), бул микротолкундуу модуляторлордун (MRM) резонансын турукташтыруу жана синхрондоштуруу үчүн көп каналдуу кайтарым байланышты башкаруу схемаларына жана процессорлоруна болгон муктаждыкты жокко чыгарат, ошону менен дизайнды жөнөкөйлөтөт.
Бул компакттуу жана натыйжалуу IQ модулятору маалымат борборлорундагы кийинки муундагы, көп каналдуу жана кичинекей когеренттүү трансиверлерге абдан ылайыктуу, бул жогорку кубаттуулукту жана энергияны үнөмдөөчү оптикалык байланышты камсыз кылат.
Ташуучу басылган кремний IQ модулятору эң сонун иштөөнү көрсөтөт, 20% SD-FEC шарттарында маалыматтарды өткөрүү ылдамдыгы 150 Гбит/с чейин жетет. GeSi EAM негизиндеги анын компакттуу 3 колдуу түзүлүшү из калтыруу, энергияны үнөмдөө жана дизайндын жөнөкөйлүгү жагынан олуттуу артыкчылыктарга ээ. Бул модулятор оптикалык ташуучуну басуу же жөндөө мүмкүнчүлүгүнө ээ жана көп линиялуу компакттуу когеренттүү трансиверлер үчүн когеренттүү аныктоо жана Kramer Kronig (KK) аныктоо схемалары менен интеграцияланышы мүмкүн. Көрсөтүлгөн жетишкендиктер маалымат борборлорунда жана башка тармактарда жогорку кубаттуулуктагы маалымат байланышына болгон өсүп жаткан суроо-талапты канааттандыруу үчүн жогорку интеграцияланган жана натыйжалуу оптикалык трансиверлерди ишке ашырууга түрткү берет.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 21-январы