Para comunicação coerente de alta velocidade

Optoeletrônico à base de silício compactoModulador de QIPara comunicação coerente de alta velocidade
A crescente demanda por taxas mais altas de transmissão de dados e mais transceptores de eficiência energética em data centers impulsionou o desenvolvimento de alto desempenho compactoModuladores ópticos. A tecnologia optoeletrônica baseada em silício (SIPH) tornou-se uma plataforma promissora para integrar vários componentes fotônicos em um único chip, permitindo soluções compactas e econômicas. Este artigo explorará um novo transportador suprimido o modulador de QI do silício com base em Gesi Eams, que podem operar com uma frequência de até 75 gbaudes.
Design e características do dispositivo
O modulador de QI proposto adota uma estrutura compacta de três braços, como mostrado na Figura 1 (a). Composto por três gesi eam e três shifters de fase óptica Thermo, adotando uma configuração simétrica. A luz de entrada é acoplada no chip através de um acoplador de grade (GC) e dividida uniformemente em três caminhos através de um interferômetro multimodo 1 × 3 (MMI). Depois de passar pelo modulador e shifter de fase, a luz é recombinada por outro 1 × 3 mmi e depois acoplada a uma fibra de modo único (SSMF).


Figura 1: (a) imagem microscópica do modulador de QI; (b) - (d) EO S21, espectro da taxa de extinção e transmitância de um único gesi eam; (e) Diagrama esquemático do modulador de QI e fase óptica correspondente do câmbio de fase; (f) Representação de supressão do portador no plano complexo. Como mostrado na Figura 1 (b), o Gesi Eam possui uma ampla largura de banda eletro-óptica. A Figura 1 (b) mediu o parâmetro S21 de uma única estrutura de teste de GESI EAM usando um analisador de componentes ópticos de 67 GHz (LCA). As Figuras 1 (c) e 1 (d) representam respectivamente a taxa de extinção estática (ER) espectros em diferentes tensões de CC e a transmissão a um comprimento de onda de 1555 nanômetros.
Como mostrado na Figura 1 (e), a principal característica desse design é a capacidade de suprimir portadores ópticos ajustando o câmbio de fase integrado no braço do meio. A diferença de fase entre os braços superior e inferior é π/2, usada para ajuste complexo, enquanto a diferença de fase entre o braço médio é -3 π/4. Essa configuração permite interferências destrutivas na transportadora, como mostrado no plano complexo da Figura 1 (f).
Configuração experimental e resultados
A configuração experimental de alta velocidade é mostrada na Figura 2 (a). Um gerador de forma de onda arbitrário (Keysight M8194A) é usado como fonte de sinal e dois amplificadores de RF correspondentes à fase de 60 GHz (com tees de viés integrados) são usados ​​como drivers moduladores. A tensão de polarização do GESI EAM é -2,5 V, e um cabo de RF correspondente de fase é usado para minimizar a incompatibilidade de fase elétrica entre os canais I e Q.
Figura 2: (a) Configuração experimental de alta velocidade, (b) supressão do portador a 70 gbaudes, (c) taxa de erro e taxa de dados, (d) constelação a 70 gbaudes. Use um laser comercial de cavidade externa (ECL) com uma largura de linha de 100 kHz, comprimento de onda de 1555 nm e potência de 12 dBm como transportadora óptica. Após a modulação, o sinal óptico é amplificado usando umamplificador de fibra dopado com erbio(EDFA) para compensar as perdas de acoplamento no chip e as perdas de inserção do modulador.
Na extremidade receptora, um analisador de espectro óptico (OSA) monitora o espectro do sinal e a supressão do portador, como mostrado na Figura 2 (b) para um sinal de 70 gbaud. Use um receptor coerente de polarização dupla para receber sinais, que consiste em um misturador óptico de 90 graus e quatroFotodiodos equilibrados de 40 GHze está conectado a um osciloscópio em tempo real de 33 GHz, 80 GSA/s (RTO) (Keysight DSOZ634a). A segunda fonte ECL com uma largura de linha de 100 kHz é usada como oscilador local (LO). Devido ao transmissor operando sob condições de polarização única, apenas dois canais eletrônicos são usados ​​para conversão analógica em digital (ADC). Os dados são registrados na RTO e processados ​​usando um processador de sinal digital offline (DSP).
Como mostrado na Figura 2 (c), o modulador de QI foi testado usando o formato de modulação QPSK de 40 gbaudes a 75 gbaudes. Os resultados indicam que, em 7%, as condições de correção de erro a termo (HD-FEC), a taxa pode atingir 140 GB/s; Sob a condição de 20% de correção de erro a termo de decisão suave (SD-FEC), a velocidade pode atingir 150 GB/s. O diagrama de constelação a 70 gbaud é mostrado na Figura 2 (d). O resultado é limitado pela largura de banda do osciloscópio de 33 GHz, o que equivale a uma largura de banda de sinal de aproximadamente 66 gbaudes.


Conforme mostrado na Figura 2 (b), a estrutura de três braços pode efetivamente suprimir portadores ópticos com uma taxa de inchaço superior a 30 dB. Essa estrutura não requer supressão completa da transportadora e também pode ser usada em receptores que exigem tons de transportadora para recuperar sinais, como os receptores Kramer Kronig (KK). A transportadora pode ser ajustada através de um câmbio de fase central do braço para atingir a proporção de transportadora para banda lateral (RSE) desejada.
Vantagens e aplicações
Comparado com os moduladores tradicionais de Mach Zehnder (Moduladores MZM) e outros moduladores de QI optoeletrônicos à base de silício, o modulador de QI de silício proposto tem várias vantagens. Em primeiro lugar, é compacto em tamanho, mais de 10 vezes menor que os moduladores de QI com base emModuladores Mach Zehnder(Excluindo as almofadas de ligação), aumentando assim a densidade de integração e reduzindo a área de lascas. Em segundo lugar, o design do eletrodo empilhado não requer o uso de resistores de terminais, reduzindo assim a capacitância e a energia do dispositivo por bit. Em terceiro lugar, a capacidade de supressão da transportadora maximiza a redução da potência de transmissão, melhorando ainda mais a eficiência energética.
Além disso, a largura de banda óptica de Gesi Eam é muito ampla (mais de 30 nanômetros), eliminando a necessidade de circuitos e processadores de controle de feedback multicanal para estabilizar e sincronizar a ressonância dos moduladores de microondas (MRMs), simplificando o design.
Esse modulador de QI compacto e eficiente é altamente adequado para a próxima geração, alta contagem de canais e pequenos transceptores coerentes em data centers, permitindo maior capacidade e comunicação óptica mais eficiente em termos de energia.
A transportadora suprimiu o modulador de QI do silício exibe excelente desempenho, com uma taxa de transmissão de dados de até 150 GB/s sob condições de 20% SD-FEC. Sua estrutura compacta de 3 armas baseada em Gesi EAM tem vantagens significativas em termos de pegada, eficiência energética e simplicidade do design. Este modulador tem a capacidade de suprimir ou ajustar o transportador óptico e pode ser integrado à detecção coerente e esquemas de detecção de Kramer Kronig (KK) para transceptores coerentes compactos de linha múltipla. As realizações demonstradas impulsionam a realização de transceptores ópticos altamente integrados e eficientes para atender à crescente demanda por comunicação de dados de alta capacidade em data centers e outros campos.


Horário de postagem: janeiro-21-2025