Կոմպակտ սիլիցիումային օպտոէլեկտրոնայինIQ մոդուլյատորբարձր արագությամբ համակարգված կապի համար
Տվյալների կենտրոններում տվյալների փոխանցման ավելի բարձր արագությունների և ավելի էներգաարդյունավետ ընդունիչ-հաղորդիչների պահանջարկի աճը խթանել է կոմպակտ բարձր արդյունավետությամբ սարքերի մշակումը։օպտիկական մոդուլյատորներՍիլիցիումի վրա հիմնված օպտոէլեկտրոնային տեխնոլոգիան (SiPh) դարձել է խոստումնալից հարթակ տարբեր ֆոտոնային բաղադրիչներ մեկ չիպի մեջ ինտեգրելու համար, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել կոմպակտ և մատչելի լուծումներ: Այս հոդվածը կուսումնասիրի GeSi EAM-ների վրա հիմնված նորարարական կրիչով ճնշված սիլիցիումային IQ մոդուլյատոր, որը կարող է աշխատել մինչև 75 Գբաուդ հաճախականությամբ:
Սարքի դիզայնը և բնութագրերը
Առաջարկվող IQ մոդուլյատորն ունի կոմպակտ եռաթև կառուցվածք, ինչպես ցույց է տրված նկար 1 (ա)-ում: Բաղկացած է երեք GeSi EAM-ից և երեք ջերմաօպտիկական փուլային փոխարկիչներից՝ ընդունելով սիմետրիկ կոնֆիգուրացիա: Մուտքային լույսը միացվում է չիպին ցանցային միակցիչի (GC) միջոցով և հավասարաչափ բաժանվում է երեք ուղիների՝ 1×3 բազմամոդ ինտերֆերոմետրի (MMI) միջոցով: Մոդուլյատորի և փուլային փոխարկիչի միջով անցնելուց հետո լույսը վերամիավորվում է մեկ այլ 1×3 MMI-ի միջոցով, ապա միացվում է միամոդ մանրաթելին (SSMF):
Նկար 1. (ա) IQ մոդուլյատորի մանրադիտակային պատկերը։ (բ) – (դ) EO S21, մարման հարաբերակցության սպեկտրը և մեկ GeSi EAM-ի թափանցելիությունը։ (ե) IQ մոդուլյատորի և ֆազային տեղաշարժիչի համապատասխան օպտիկական փուլի սխեմատիկ դիագրամը։ (զ) Կրողի ճնշման ներկայացումը բարդ հարթության վրա։ Ինչպես ցույց է տրված նկար 1 (բ)-ում, GeSi EAM-ն ունի լայն էլեկտրաօպտիկական թողունակություն։ Նկար 1 (բ)-ում չափվել է մեկ GeSi EAM փորձարկման կառուցվածքի S21 պարամետրը՝ օգտագործելով 67 ԳՀց օպտիկական բաղադրիչների վերլուծիչ (LCA)։ Նկար 1 (գ) և 1 (դ)-ում համապատասխանաբար պատկերված են ստատիկ մարման հարաբերակցության (ER) սպեկտրները տարբեր հաստատուն հոսանքի լարումների դեպքում և հեռարձակումը 1555 նանոմետր ալիքի երկարության դեպքում։
Ինչպես ցույց է տրված նկար 1 (ե)-ում, այս դիզայնի հիմնական առանձնահատկությունը միջին թևի ինտեգրված փուլային փոխարկիչը կարգավորելու միջոցով օպտիկական կրիչները ճնշելու ունակությունն է: Վերին և ստորին թևերի միջև փուլային տարբերությունը π/2 է, որն օգտագործվում է բարդ կարգավորման համար, մինչդեռ միջին թևերի միջև փուլային տարբերությունը -3 π/4 է: Այս կոնֆիգուրացիան թույլ է տալիս կրիչին դեստրուկտիվ ինտերֆերենցիա, ինչպես ցույց է տրված նկար 1 (ե)-ի բարդ հարթությունում:
Փորձարարական կարգավորում և արդյունքներ
Բարձր արագությամբ փորձարարական կառուցվածքը ներկայացված է նկար 2 (ա)-ում: Որպես ազդանշանի աղբյուր օգտագործվում է կամայական ալիքային ձևի գեներատոր (Keysight M8194A), իսկ որպես մոդուլյատորի դրայվերներ՝ երկու 60 ԳՀց հաճախականությամբ փուլային համապատասխանեցված ՌՖ ուժեղացուցիչներ (ներկառուցված լարման Տ-երով): GeSi EAM-ի լարման լարումը -2.5 Վ է, և փուլային համապատասխանեցված ՌՖ մալուխն օգտագործվում է I և Q ալիքների միջև էլեկտրական փուլային անհամապատասխանությունը նվազագույնի հասցնելու համար:
Նկար 2. (ա) Բարձր արագությամբ փորձարարական կարգավորում, (բ) Կրողի ճնշում 70 Գբաուդում, (գ) Սխալների արագություն և տվյալների արագություն, (դ) Համաստեղություն 70 Գբաուդում: Որպես օպտիկական կրիչ օգտագործել առևտրային արտաքին խոռոչի լազեր (ECL)՝ 100 կՀց գծի լայնությամբ, 1555 նմ ալիքի երկարությամբ և 12 դԲմ հզորությամբ: Մոդուլյացիայից հետո օպտիկական ազդանշանը ուժեղացվում էԷրբիումով լեգիրված մանրաթելային ուժեղացուցիչ(EDFA)՝ չիպի վրա միացման և մոդուլյատորի ներդրման կորուստները փոխհատուցելու համար։
Ընդունող ծայրում օպտիկական սպեկտրի վերլուծիչը (OSA) վերահսկում է ազդանշանի սպեկտրը և կրիչի ճնշումը, ինչպես ցույց է տրված նկար 2 (բ)-ում 70 Գբաուդ ազդանշանի համար: Ազդանշաններ ընդունելու համար օգտագործեք կրկնակի բևեռացման կոհերենտ ընդունիչ, որը բաղկացած է 90 աստիճանի օպտիկական խառնիչից և չորսից:40 ԳՀց հավասարակշռված ֆոտոդիոդներ, և միացված է 33 ԳՀց, 80 ԳՍա/վ իրական ժամանակի օսցիլոսկոպին (RTO) (Keysight DSOZ634A): Երկրորդ ECL աղբյուրը՝ 100 կՀց գծի լայնությամբ, օգտագործվում է որպես տեղային օսցիլյատոր (LO): Քանի որ հաղորդիչը գործում է մեկ բևեռացման պայմաններում, անալոգ-թվային փոխակերպման (ADC) համար օգտագործվում են միայն երկու էլեկտրոնային ալիք: Տվյալները գրանցվում են RTO-ի վրա և մշակվում են օֆլայն թվային ազդանշանի մշակիչի (DSP) միջոցով:
Ինչպես ցույց է տրված նկար 2 (գ)-ում, IQ մոդուլյատորը փորձարկվել է QPSK մոդուլյացիայի ձևաչափով՝ 40 ԳԲաուդից մինչև 75 ԳԲաուդ: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ 7% կոշտ որոշման ուղիղ սխալի շտկման (HD-FEC) պայմաններում արագությունը կարող է հասնել 140 ԳԲ/վրկ: 20% մեղմ որոշման ուղիղ սխալի շտկման (SD-FEC) պայմաններում արագությունը կարող է հասնել 150 ԳԲ/վրկ: 70 ԳԲաուդի դեպքում համաստեղության դիագրամը ներկայացված է նկար 2 (դ)-ում: Արդյունքը սահմանափակված է 33 ԳՀց օսցիլոգրաֆիկի թողունակությամբ, որը համարժեք է մոտավորապես 66 ԳԲաուդ ազդանշանի թողունակության:
Ինչպես ցույց է տրված նկար 2 (բ)-ում, եռաթև կառուցվածքը կարող է արդյունավետորեն ճնշել օպտիկական կրիչները՝ 30 դԲ-ից ավելի մարման արագությամբ: Այս կառուցվածքը չի պահանջում կրիչի լիակատար ճնշում և կարող է նաև օգտագործվել այն ընդունիչներում, որոնք պահանջում են կրիչի տոներ՝ ազդանշանները վերականգնելու համար, ինչպիսիք են Kramer Kronig (KK) ընդունիչները: Կրիչը կարող է կարգավորվել կենտրոնական թևի փուլային փոխարկիչի միջոցով՝ ցանկալի կրիչի և կողային գոտու հարաբերակցությանը (CSR) հասնելու համար:
Առավելություններ և կիրառություններ
Համեմատած ավանդական Մախ-Զենդերի մոդուլյատորների հետ (MZM մոդուլյատորներ) և այլ սիլիցիումային օպտոէլեկտրոնային IQ մոդուլյատորների հետ մեկտեղ, առաջարկվող սիլիցիումային IQ մոդուլյատորն ունի բազմաթիվ առավելություններ։ Նախ, այն կոմպակտ չափսեր ունի, ավելի քան 10 անգամ փոքր է, քան IQ մոդուլյատորները, որոնք հիմնված ենՄախ-Զենդերի մոդուլյատորներ(բացառությամբ կապող բարձիկների), այդպիսով մեծացնելով ինտեգրման խտությունը և նվազեցնելով չիպի մակերեսը: Երկրորդ, դարսված էլեկտրոդների դիզայնը չի պահանջում տերմինալային դիմադրությունների օգտագործում, այդպիսով նվազեցնելով սարքի տարողունակությունը և էներգիան մեկ բիթի համար: Երրորդ, կրիչների ճնշման կարողությունը մեծացնում է փոխանցման հզորության կրճատումը՝ հետագայում բարելավելով էներգաարդյունավետությունը:
Բացի այդ, GeSi EAM-ի օպտիկական թողունակությունը շատ լայն է (ավելի քան 30 նանոմետր), ինչը վերացնում է բազմալիքային հետադարձ կապի կառավարման սխեմաների և պրոցեսորների անհրաժեշտությունը՝ միկրոալիքային մոդուլյատորների (MRM) ռեզոնանսը կայունացնելու և համաժամեցնելու համար, դրանով իսկ պարզեցնելով նախագծումը։
Այս կոմպակտ և արդյունավետ IQ մոդուլյատորը խիստ հարմար է տվյալների կենտրոններում նոր սերնդի, մեծ քանակությամբ ալիքներ ունեցող և փոքր կոհերենտ ընդունիչ-հաղորդիչների համար, ապահովելով ավելի մեծ հզորություն և ավելի էներգաարդյունավետ օպտիկական կապ։
Կրիչով ճնշված սիլիցիումային IQ մոդուլյատորը ցուցաբերում է գերազանց աշխատանք՝ մինչև 150 Գբ/վ տվյալների փոխանցման արագությամբ 20% SD-FEC պայմաններում: GeSi EAM-ի վրա հիմնված դրա կոմպակտ 3-բազուկ կառուցվածքն ունի զգալի առավելություններ տարածքի, էներգաարդյունավետության և դիզայնի պարզության առումով: Այս մոդուլյատորն ունի օպտիկական կրիչը ճնշելու կամ կարգավորելու ունակություն և կարող է ինտեգրվել կոհերենտ հայտնաբերման և Kramer Kronig (KK) հայտնաբերման սխեմաների հետ՝ բազմագծային կոմպակտ կոհերենտ ընդունիչ-ընդունիչների համար: Ցուցադրված նվաճումները խթանում են բարձր ինտեգրված և արդյունավետ օպտիկական ընդունիչ-ընդունիչների իրականացումը՝ տվյալների կենտրոններում և այլ ոլորտներում բարձր հզորությամբ տվյալների հաղորդակցության աճող պահանջարկը բավարարելու համար:
Հրապարակման ժամանակը. Հունվար-21-2025