Compact silicon-based optoelectronicIQ modulatoralang sa high-speed coherent nga komunikasyon
Ang nagkadako nga panginahanglan alang sa mas taas nga mga rate sa pagpadala sa datos ug labi pa nga mga transceiver nga episyente sa enerhiya sa mga sentro sa datos nagduso sa pag-uswag sa mga compact high-performance.optical modulators. Ang Silicon based optoelectronic nga teknolohiya (SiPh) nahimong usa ka promising platform alang sa paghiusa sa nagkalain-laing photonic component ngadto sa usa ka chip, nga makapahimo sa compact ug cost-effective nga mga solusyon. Kini nga artikulo mag-usisa sa usa ka bag-ong carrier nga gipugngan nga silicon IQ modulator base sa GeSi EAMs, nga mahimong molihok sa frequency nga hangtod sa 75 Gbaud.
Disenyo ug mga kinaiya sa aparato
Ang gisugyot nga IQ modulator nagsagop sa usa ka compact three arm structure, sama sa gipakita sa Figure 1 (a). Gilangkuban sa tulo ka GeSi EAM ug tulo ka thermo optical phase shifters, nga nagsagop sa usa ka simetriko nga pagsumpo. Ang input nga kahayag gidugtong sa chip pinaagi sa usa ka grating coupler (GC) ug parehas nga gibahin sa tulo ka mga agianan pinaagi sa usa ka 1 × 3 multimode interferometer (MMI). Pagkahuman sa pag-agi sa modulator ug phase shifter, ang kahayag gi-recombined sa laing 1 × 3 MMI ug dayon gidugtong sa usa ka single-mode fiber (SSMF).
Hulagway 1: (a) Microscopic nga hulagway sa IQ modulator; (b) - (d) EO S21, extinction ratio spectrum, ug transmittance sa usa ka GeSi EAM; (e) Schematic diagram sa IQ modulator ug katugbang nga optical phase sa phase shifter; (f) Representasyon sa pagsumpo sa carrier sa komplikadong eroplano. Sama sa gipakita sa Figure 1 (b), ang GeSi EAM adunay lapad nga electro-optic bandwidth. Gisukod sa Figure 1 (b) ang S21 parameter sa usa ka istruktura sa pagsulay sa GeSi EAM gamit ang usa ka 67 GHz optical component analyzer (LCA). Ang mga numero 1 (c) ug 1 (d) matag usa naghulagway sa static extinction ratio (ER) spectra sa lain-laing DC voltages ug ang transmission sa wavelength nga 1555 nanometer.
Sama sa gipakita sa Figure 1 (e), ang nag-unang bahin niini nga disenyo mao ang abilidad sa pagsumpo sa optical carriers pinaagi sa pag-adjust sa integrated phase shifter sa tunga nga bukton. Ang kalainan sa bahin tali sa taas ug ubos nga bukton mao ang π/2, gigamit alang sa komplikadong pag-tune, samtang ang kalainan sa hugna tali sa tunga nga bukton kay -3 π/4. Kini nga configuration nagtugot alang sa makadaot nga pagpanghilabot sa carrier, sama sa gipakita sa komplikado nga eroplano sa Figure 1 (f).
Eksperimento nga pag-setup ug mga resulta
Ang high-speed experimental setup gipakita sa Figure 2 (a). Usa ka arbitraryong waveform generator (Keysight M8194A) gigamit isip tinubdan sa signal, ug duha ka 60 GHz nga hugna nga gipares sa RF amplifier (nga adunay integrated bias tees) gigamit isip modulator drivers. Ang bias nga boltahe sa GeSi EAM kay -2.5 V, ug ang usa ka phase nga gipares nga RF cable gigamit aron mamenosan ang electrical phase mismatch tali sa I ug Q channels.
Figure 2: (a) High speed experimental setup, (b) Carrier suppression sa 70 Gbaud, (c) Error rate ug data rate, (d) Constellation sa 70 Gbaud. Gamit ug commercial external cavity laser (ECL) nga adunay linewidth nga 100 kHz, wavelength nga 1555 nm, ug gahum nga 12 dBm isip optical carrier. Pagkahuman sa modulasyon, ang optical signal gipadako gamit ang usa kaerbium-doped fiber amplifier(EDFA) aron mabayran ang on-chip coupling losses ug modulator insertion losses.
Sa pagdawat nga katapusan, ang usa ka Optical Spectrum Analyzer (OSA) nagmonitor sa signal spectrum ug pagsumpo sa carrier, sama sa gipakita sa Figure 2 (b) alang sa 70 Gbaud signal. Paggamit usa ka dual polarization coherent receiver aron makadawat mga signal, nga naglangkob sa usa ka 90 degree optical mixer ug upat40 GHz balanse nga photodiodes, ug konektado sa 33 GHz, 80 GSa/s real-time oscilloscope (RTO) (Keysight DSOZ634A). Ang ikaduha nga tinubdan sa ECL nga adunay linewidth nga 100 kHz gigamit isip lokal nga oscillator (LO). Tungod sa transmitter nga naglihok sa ilawom sa us aka kahimtang sa polarization, duha ra ka elektronik nga mga channel ang gigamit alang sa analog-to-digital nga pagkakabig (ADC). Ang datos 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% 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 katulin makaabot sa 150 Gb/s. Ang diagram sa konstelasyon sa 70 Gbaud gipakita sa Figure 2 (d). Ang resulta limitado sa oscilloscope bandwidth nga 33 GHz, nga katumbas sa signal bandwidth nga gibana-bana nga 66 Gbaud.
Ingon sa gipakita sa Figure 2 (b), ang tulo nga istruktura sa bukton epektibo nga makapugong sa mga optical carrier nga adunay blanking rate nga labaw sa 30 dB. Kini nga istruktura wala magkinahanglan og kompleto nga pagsumpo sa carrier ug mahimo usab nga gamiton sa mga receiver nga nagkinahanglan sa mga tono sa carrier aron mabawi ang mga signal, sama sa Kramer Kronig (KK) receiver. Ang carrier mahimong i-adjust pinaagi sa usa ka central arm phase shifter aron makab-ot ang gitinguha nga carrier sa sideband ratio (CSR).
Mga Kaayohan ug Aplikasyon
Kung itandi sa tradisyonal nga Mach Zehnder modulators (MZM modulators) ug uban pang mga optoelectronic IQ modulators nga nakabase sa silicon, ang gisugyot nga modulator sa IQ nga silicon adunay daghang mga bentaha. Una, kini compact sa gidak-on, labaw pa sa 10 ka beses nga mas gamay kaysa sa IQ modulators base saMach Zehnder modulators(walay labot ang bonding pads), sa ingon nagdugang sa integration density ug pagkunhod sa chip area. Ikaduha, ang stacked electrode design wala magkinahanglan sa paggamit sa terminal resistors, sa ingon pagkunhod sa device capacitance ug enerhiya kada bit. Ikatulo, ang kapabilidad sa pagsumpo sa carrier nagpadako sa pagkunhod sa gahum sa transmission, dugang nga pagpauswag sa kahusayan sa enerhiya.
Dugang pa, ang optical bandwidth sa GeSi EAM kay lapad kaayo (sobra sa 30 nanometer), nga nagwagtang sa panginahanglan alang sa multi-channel feedback control circuits ug mga processor aron ma-stabilize ug ma-synchronize ang resonance sa microwave modulators (MRMs), sa ingon gipasimple ang disenyo.
Kini nga compact ug episyente nga modulator sa IQ angayan kaayo alang sa sunod nga henerasyon, taas nga ihap sa channel, ug gamay nga managsama nga mga transceiver sa mga sentro sa datos, nga makapaarang sa mas taas nga kapasidad ug labi ka episyente sa enerhiya nga optical nga komunikasyon.
Ang carrier nga gipugngan nga silicon IQ modulator nagpakita sa maayo kaayo nga performance, nga adunay data transmission rate nga hangtod sa 150 Gb/s ubos sa 20% SD-FEC nga kondisyon. Ang compact nga 3-arm nga istruktura base sa GeSi EAM adunay hinungdanon nga mga bentaha sa mga termino sa footprint, kahusayan sa enerhiya, ug kayano sa disenyo. Kini nga modulator adunay katakus sa pagsumpo 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 transceiver. Ang gipakita nga mga kalampusan nagduso sa katumanan sa kaayo integrated ug episyente nga optical transceiver aron matubag ang nagkadako nga panginahanglan alang sa taas nga kapasidad nga komunikasyon sa datos sa mga sentro sa datos ug uban pang mga natad.
Oras sa pag-post: Ene-21-2025