Kompakto nga optoelektroniko nga nakabase sa siliconIQ modulatorpara sa paspas ug makanunayon nga komunikasyon
Ang nagkataas nga panginahanglan alang sa mas taas nga rate sa pagpadala sa datos ug mas episyente sa enerhiya nga mga transceiver sa mga data center nagduso sa pag-uswag sa mga compact high-performance nga mga teknolohiya.mga modulator sa optikaAng teknolohiyang optoelectronic nga nakabase sa Silicon (SiPh) nahimong usa ka maayong plataporma alang sa pag-integrate sa lain-laing mga photonic component ngadto sa usa ka chip, nga nagtugot sa compact ug cost-effective nga mga solusyon. Kini nga artikulo magsusi sa usa ka nobela nga carrier suppressed silicon IQ modulator nga gibase sa GeSi EAMs, nga mahimong mo-operate sa frequency nga hangtod sa 75 Gbaud.
Disenyo ug mga kinaiya sa aparato
Ang gisugyot nga IQ modulator naggamit ug compact three arm structure, sama sa gipakita sa Figure 1 (a). Gilangkoban sa tulo ka GeSi EAM ug tulo ka thermo optical phase shifters, nga naggamit ug symmetrical configuration. Ang input light gikonektar sa chip pinaagi sa grating coupler (GC) ug parehas nga gibahin sa tulo ka path pinaagi sa 1×3 multimode interferometer (MMI). Human moagi sa modulator ug phase shifter, ang light gihiusa pag-usab sa laing 1×3 MMI ug dayon gikonektar sa single-mode fiber (SSMF).
Hulagway 1: (a) Mikroskopikong hulagway sa IQ modulator; (b) – (d) EO S21, extinction ratio spectrum, ug transmittance sa usa ka GeSi EAM; (e) Eskematikong diagram sa IQ modulator ug katugbang nga optical phase sa phase shifter; (f) Representasyon sa carrier suppression sa complex plane. Sama sa gipakita sa Hulagway 1 (b), ang GeSi EAM adunay lapad nga electro-optic bandwidth. Gisukod sa Hulagway 1 (b) ang S21 parameter sa usa ka GeSi EAM test structure gamit ang 67 GHz optical component analyzer (LCA). Ang mga Hulagway 1 (c) ug 1 (d) matag usa nagpakita sa static extinction ratio (ER) spectra sa lain-laing DC voltages ug ang transmission sa wavelength nga 1555 nanometers.
Sama sa gipakita sa Figure 1 (e), ang pangunang bahin niini nga disenyo mao ang abilidad sa pagpugong sa mga optical carrier pinaagi sa pag-adjust sa integrated phase shifter sa tunga nga bukton. Ang phase difference tali sa ibabaw ug ubos nga bukton kay π/2, nga gigamit para sa complex tuning, samtang ang phase difference tali sa tunga nga bukton kay -3 π/4. Kini nga configuration nagtugot sa destructive interference sa carrier, sama sa gipakita sa complex plane sa Figure 1 (f).
Eksperimental nga pag-setup ug mga resulta
Ang high-speed experimental setup gipakita sa Figure 2 (a). Usa ka arbitrary waveform generator (Keysight M8194A) ang gigamit isip signal source, ug duha ka 60 GHz phase matched RF amplifiers (nga adunay integrated bias tees) ang gigamit isip modulator drivers. Ang bias voltage sa GeSi EAM kay -2.5 V, ug usa ka phase matched RF cable ang gigamit aron maminusan ang electrical phase mismatch tali sa I ug Q channels.
Hulagway 2: (a) High speed experimental setup, (b) Carrier suppression sa 70 Gbaud, (c) Error rate ug data rate, (d) Constellation sa 70 Gbaud. Gamita ang usa ka komersyal nga external cavity laser (ECL) nga adunay linewidth nga 100 kHz, wavelength nga 1555 nm, ug power nga 12 dBm isip optical carrier. Human sa modulation, ang optical signal gi-amplify gamit ang usa kaamplifier sa fiber nga gidugangan og erbium(EDFA) aron mabayran ang mga pagkawala sa on-chip coupling ug mga pagkawala sa modulator insertion.
Sa receiving end, ang Optical Spectrum Analyzer (OSA) nagmonitor sa signal spectrum ug carrier suppression, sama sa gipakita sa Figure 2 (b) para sa 70 Gbaud signal. Gamita ang dual polarization coherent receiver aron makadawat og mga signal, nga gilangkoban sa 90 degree optical mixer ug upat.40 GHz nga balanse nga mga photodiode, ug konektado sa usa ka 33 GHz, 80 GSa/s real-time oscilloscope (RTO) (Keysight DSOZ634A). Ang ikaduhang ECL source nga adunay linewidth nga 100 kHz gigamit isip local oscillator (LO). Tungod sa transmitter nga nag-operate ubos sa single polarization conditions, duha lang ka electronic channels ang gigamit para sa analog-to-digital conversion (ADC). Ang data girekord sa RTO ug giproseso gamit ang offline digital signal processor (DSP).
Sama sa gipakita sa Figure 2 (c), ang IQ modulator gisulayan gamit ang QPSK modulation format gikan sa 40 Gbaud ngadto sa 75 Gbaud. Ang mga resulta nagpakita nga ubos sa 7% nga hard decision forward error correction (HD-FEC) nga mga kondisyon, ang rate mahimong moabot sa 140 Gb/s; Ubos sa kondisyon sa 20% soft decision forward error correction (SD-FEC), ang speed mahimong moabot sa 150 Gb/s. Ang constellation diagram sa 70 Gbaud gipakita sa Figure 2 (d). Ang resulta limitado sa bandwidth sa oscilloscope nga 33 GHz, nga katumbas sa signal bandwidth nga gibana-bana nga 66 Gbaud.
Sama sa gipakita sa Figure 2 (b), ang tulo ka bukton nga istruktura epektibong makapugong sa mga optical carrier nga adunay blanking rate nga molapas sa 30 dB. Kini nga istruktura wala magkinahanglan og kompleto nga pagpugong sa carrier ug magamit usab sa mga receiver nga nanginahanglan og mga tono sa carrier aron mabawi ang mga signal, sama sa mga Kramer Kronig (KK) receiver. Ang carrier mahimong i-adjust pinaagi sa usa ka central arm phase shifter aron makab-ot ang gitinguha nga carrier ngadto sa sideband ratio (CSR).
Mga Kaayohan ug Aplikasyon
Kon itandi sa tradisyonal nga mga modulator sa Mach Zehnder (Mga modulator sa MZM) ug uban pang silicon-based optoelectronic IQ modulators, ang gisugyot nga silicon IQ modulator adunay daghang bentaha. Una, kini compact sa gidak-on, sobra sa 10 ka pilo nga mas gamay kaysa sa IQ modulators base saMga modulator sa Mach Zehnder(wala gilakip ang mga bonding pads), sa ingon nagdugang sa integration density ug nagpamenos sa chip area. Ikaduha, ang stacked electrode design wala magkinahanglan sa paggamit sa mga terminal resistor, sa ingon nagpamenos sa device capacitance ug enerhiya kada bit. Ikatulo, ang carrier suppression capability nagpadako sa pagkunhod sa transmission power, nga dugang nagpauswag sa energy efficiency.
Dugang pa, ang optical bandwidth sa GeSi EAM kay lapad kaayo (kapin sa 30 nanometer), nga nagwagtang sa panginahanglan alang sa multi-channel feedback control circuits ug processors aron mapalig-on ug ma-synchronize ang resonance sa microwave modulators (MRMs), sa ingon nagpasayon sa disenyo.
Kining compact ug episyente nga IQ modulator angay kaayo para sa next-generation, taas nga channel count, ug gagmay nga coherent transceivers sa mga data center, nga makapahimo sa mas taas nga kapasidad ug mas episyente sa enerhiya nga optical communication.
Ang carrier suppressed silicon IQ modulator nagpakita og maayo kaayong performance, nga adunay data transmission rate nga hangtod sa 150 Gb/s ubos sa 20% SD-FEC nga mga kondisyon. Ang compact 3-arm structure niini nga gibase sa GeSi EAM adunay dakong bentaha sa termino sa footprint, energy efficiency, ug design simplicity. Kini nga modulator adunay abilidad sa pagpugong o pag-adjust sa optical carrier ug mahimong i-integrate sa coherent detection ug Kramer Kronig (KK) detection schemes para sa multi line compact coherent transceivers. Ang gipakita nga mga kalampusan nagduso sa pagkaamgo sa highly integrated ug efficient optical transceivers aron matubag ang nagkadako nga panginahanglan alang sa high-capacity data communication sa mga data center ug uban pang mga natad.
Oras sa pag-post: Enero 21, 2025