Optoelectrònica basada en silici compacteModulador d’IQper a la comunicació coherent d’alta velocitat
La demanda creixent de taxes de transmissió de dades més elevades i transceors més eficients energèticament en centres de dades han impulsat el desenvolupament de compactes de gran rendimentModuladors òptics. La tecnologia optoelectrònica basada en silici (SIPH) s’ha convertit en una plataforma prometedora per integrar diversos components fotònics en un sol xip, permetent solucions compactes i rendibles. Aquest article explorarà un nou modulador d’IQ de silici suprimit de Silicon basat en Gesi EAMS, que pot funcionar a una freqüència de fins a 75 GBaud.
Disseny i característiques del dispositiu
El modulador d’IQ proposat adopta una estructura compacta de tres braços, tal com es mostra a la figura 1 (a). Compost per tres GESI EAM i tres canviadors de fase òptica termo, adoptant una configuració simètrica. La llum d’entrada s’acobla al xip mitjançant un acoblador de reixeta (GC) i es divideix uniformement en tres camins mitjançant un interferòmetre multimode 1 × 3 (MMI). Després de passar pel modulador i el canvi de fase, la llum es recombina per un altre 1 × 3 mmi i després s’acobla a una fibra d’un sol mode (SSMF).
Figura 1: (a) Imatge microscòpica del modulador d’IQ; (b) - (d) eo s21, espectre de proporcions d'extinció i transmitància d'un sol GESI EAM; (e) diagrama esquemàtic del modulador de coeficient intel·lectual i la fase òptica corresponent del commutador de fase; (f) Representació de supressió del transportista al pla complex. Com es mostra a la figura 1 (b), GESI EAM té una amplada de banda electroòptica àmplia. La figura 1 (b) va mesurar el paràmetre S21 d’una única estructura de prova GESI EAM mitjançant un analitzador de components òptics de 67 GHz (LCA). Les figures 1 (c) i 1 (d) representen respectivament els espectres d’extinció estàtica (ER) a diferents tensions de corrent continu i la transmissió a una longitud d’ona de 1555 nanòmetres.
Com es mostra a la figura 1 (e), la característica principal d’aquest disseny és la capacitat de suprimir els portadors òptics ajustant el commutador de fase integrat al braç mitjà. La diferència de fase entre els braços superiors i inferiors és π/2, utilitzada per a la sintonia complexa, mentre que la diferència de fase entre el braç mitjà és de -3 π/4. Aquesta configuració permet interferències destructives al portador, com es mostra al pla complex de la figura 1 (f).
Configuració i resultats experimentals
La configuració experimental d'alta velocitat es mostra a la figura 2 (a). S'utilitza un generador arbitrari de forma d'ona (Keysight M8194A) com a font de senyal, i s'utilitzen dos amplificadors de RF coincidents amb la fase de 60 GHz (amb Tees de biaix integrat) com a controladors moduladors. La tensió de biaix de GESI EAM és de -2,5 V, i un cable de RF coincident amb fase s'utilitza per minimitzar el desajust de fase elèctrica entre els canals I i Q.
Figura 2: (a) Configuració experimental d’alta velocitat, (b) supressió del transportista a 70 GBAud, (c) velocitat d’error i velocitat de dades, (d) constel·lació a 70 GBAud. Utilitzeu un làser de cavitat externa comercial (ECL) amb una amplada de línia de 100 kHz, una longitud d’ona de 1555 nm i una potència de 12 dBm com a portador òptic. Després de la modulació, el senyal òptic s'amplifica mitjançant unAmplificador de fibra dopada amb erbium(EDFA) Per compensar les pèrdues d'acoblament en xip i les pèrdues d'inserció del modulador.
A l'extrem receptor, un analitzador de l'espectre òptic (OSA) supervisa l'espectre del senyal i la supressió del portador, tal com es mostra a la figura 2 (b) per a un senyal de 70 GBAUD. Utilitzeu un receptor coherent de doble polarització per rebre senyals, que consisteix en una batedora òptica de 90 graus i quatreFotodíodes equilibrats de 40 GHz, i està connectat a un oscil·loscopi en temps real de 33 GHz, 80 GSA/s (RTO) (RTO) (Keysight DSOZ634A). La segona font ECL amb una amplada de línia de 100 kHz s'utilitza com a oscil·lador local (LO). A causa del transmissor que opera en condicions de polarització única, només s’utilitzen dos canals electrònics per a la conversió analògica-digital (ADC). Les dades es registren a RTO i es processen mitjançant un processador de senyal digital fora de línia (DSP).
Com es mostra a la figura 2 (c), el modulador de coeficient intel·lectual es va provar mitjançant el format de modulació QPSK de 40 GBAud a 75 GBAUD. Els resultats indiquen que sota el 7% de les condicions de correcció d’errors de decisió dura (HD-FEC), la taxa pot arribar a 140 GB/s; Sota la condició del 20% de la correcció d’errors de decisió suau (SD-FEC), la velocitat pot arribar a 150 GB/s. El diagrama de constel·lació a 70 GBAud es mostra a la figura 2 (d). El resultat està limitat per l’ample de banda oscil·loscopi de 33 GHz, que equival a una amplada de banda de senyal d’aproximadament 66 GBAud.
Com es mostra a la figura 2 (b), l'estructura de tres braços pot suprimir efectivament els portadors òptics amb una velocitat de blanc superior a 30 dB. Aquesta estructura no requereix una supressió completa del transportista i també es pot utilitzar en receptors que requereixen tons de transportista per recuperar senyals, com els receptors Kramer Kronig (KK). El portador es pot ajustar a través d’un commutador de fase del braç central per aconseguir la proporció de portador de banda lateral desitjada (RSC).
Avantatges i aplicacions
En comparació amb els moduladors tradicionals de Zehnder (Moduladors MZM) i altres moduladors d’IQ optoelectrònics basats en silici, el modulador d’IQ de silici proposat té múltiples avantatges. En primer lloc, és de mida compacta, més de 10 vegades més petit que els moduladors de coeficient intel·lectual basats enModuladors Mach Zehnder(excloent les pastilles d’enllaç), augmentant així la densitat d’integració i reduint l’àrea de xip. En segon lloc, el disseny d’elèctrodes apilat no requereix l’ús de resistències terminals, reduint així la capacitança i l’energia del dispositiu per bit. En tercer lloc, la capacitat de supressió del transportista maximitza la reducció de la potència de transmissió, millorant encara més l'eficiència energètica.
A més, l’amplada de banda òptica de GESI EAM és molt àmplia (més de 30 nanòmetres), eliminant la necessitat de circuits de control de retroalimentació multicanal i processadors per estabilitzar i sincronitzar la ressonància dels moduladors de microones (MRMS), simplificant així el disseny.
Aquest modulador d’IQ compacte i eficaç és altament adequat per a la nova generació, el nombre elevat de canals i els petits transceptors coherents en centres de dades, permetent una capacitat òptica més elevada i una comunicació òptica més eficient energètica.
El modulador d’IQ de silici suprimit del transportista presenta un excel·lent rendiment, amb una taxa de transmissió de dades de fins a 150 GB/s en un 20% de condicions SD-FEC. La seva estructura compacta de 3 braços basada en GESI EAM té avantatges significatius en termes de petjada, eficiència energètica i simplicitat de disseny. Aquest modulador té la capacitat de suprimir o ajustar el portador òptic i es pot integrar amb esquemes de detecció coherents i Kramer Kronig (KK) per als transceptors coherents compactes de diverses línies. Els èxits demostrats impulsen la realització de transceptors òptics altament integrats i eficients per satisfer la creixent demanda de comunicació de dades d’alta capacitat en centres de dades i altres camps.
Posat: 21 de gener de 2015