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