Өндөр хурдны уялдаа холбоо бүхий авсаархан цахиурт суурилсан оптоэлектроник IQ модулятор

Авсаархан цахиурт суурилсан оптоэлектроникIQ модуляторөндөр хурдны уялдаа холбоог хангахад зориулагдсан
Өгөгдлийн төвүүдэд өгөгдөл дамжуулах өндөр хурд, эрчим хүчний хэмнэлттэй дамжуулагчийн эрэлт нэмэгдэж байгаа нь авсаархан өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмжийг хөгжүүлэхэд түлхэц болсон.оптик модуляторууд. Цахиурт суурилсан оптоэлектроник технологи (SiPh) нь янз бүрийн фотоник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэг чип дээр нэгтгэх ирээдүйтэй платформ болж, авсаархан, хэмнэлттэй шийдлүүдийг гаргах боломжийг олгодог. Энэ нийтлэл нь GeSi EAM дээр суурилсан, 75 Гбауд хүртэлх давтамжтайгаар ажиллах чадвартай цахиурын IQ модуляторын шинэ зөөвөрлөгчийг судлах болно.
Төхөөрөмжийн дизайн ба шинж чанар
Санал болгож буй IQ модулятор нь Зураг 1 (а)-д үзүүлсэн шиг гурван гарны авсаархан бүтцийг ашигладаг. Гурван GeSi EAM болон гурван термооптик фазын шилжүүлэгчээс бүрдэх ба тэгш хэмтэй тохиргоог хийсэн. Оролтын гэрлийг сараалжтай холбогчоор (GC) дамжуулан чиптэй холбож, 1 × 3 олон горимын интерферометр (MMI) -ээр дамжуулан гурван замд жигд хуваадаг. Модулятор болон фазын шилжүүлэгчээр дамжсаны дараа гэрлийг өөр 1 × 3 MMI-ээр дахин нэгтгэж, дараа нь нэг горимын шилэнд (SSMF) холбодог.

Зураг 1: (a) IQ модуляторын микроскопийн зураг; (б) – (г) EO S21, устах харьцааны спектр, нэг GeSi EAM-ийн дамжуулалт; (д) IQ модуляторын бүдүүвч диаграм ба фазын шилжүүлэгчийн харгалзах оптик фазын; (е) Нарийн төвөгтэй хавтгай дээрх тээвэрлэгчийг дарах дүрслэл. Зураг 1 (b)-д үзүүлснээр GeSi EAM нь өргөн цахилгаан оптик зурвасын өргөнтэй. Зураг 1 (б) нь 67 GHz оптик бүрэлдэхүүн анализатор (LCA) ашиглан нэг GeSi EAM туршилтын бүтцийн S21 параметрийг хэмжсэн. Зураг 1 (c) ба 1 (d) нь янз бүрийн тогтмол гүйдлийн хүчдэл ба 1555 нанометр долгионы урттай дамжуулалтыг статик унтрах харьцааны (ER) спектрийг тус тус үзүүлэв.
Зураг 1 (e)-д үзүүлснээр энэ дизайны гол онцлог нь дунд гар дахь нэгдсэн фазын шилжүүлэгчийг тохируулах замаар оптик зөөгчийг дарах чадвар юм. Дээд болон доод гарны хоорондох фазын зөрүү нь π/2 бөгөөд нарийн төвөгтэй тааруулахад хэрэглэгддэг бол дунд гарны хоорондох фазын зөрүү нь -3 π/4 байна. Энэхүү тохиргоо нь 1-р зураг (f)-ийн нарийн төвөгтэй хавтгайд үзүүлсэн шиг тээвэрлэгчийг сүйтгэх хөндлөнгийн оролцоог зөвшөөрдөг.
Туршилтын тохиргоо ба үр дүн
Өндөр хурдны туршилтын тохиргоог Зураг 2 (a)-д үзүүлэв. Дохионы эх үүсвэр болгон дурын долгионы үүсгэгчийг (Keysight M8194A) ашигладаг бөгөөд модуляторын драйвер болгон 60 ГГц-ийн фазын тохируулсан хоёр RF өсгөгчийг (нэгдсэн хазайлттай) ашигладаг. GeSi EAM-ийн хэвийсэн хүчдэл нь -2.5 В бөгөөд I ба Q сувгийн хоорондох цахилгаан фазын үл нийцэх байдлыг багасгахын тулд фазын таарсан RF кабелийг ашигладаг.
Зураг 2: (a) Өндөр хурдны туршилтын тохиргоо, (б) 70 Гбауд дахь операторын дарангуйлал, (в) Алдааны хурд ба өгөгдлийн хурд, (г) 70 Гбауд дахь Constellation. Оптик зөөгчөөр 100 кГц шугамын өргөн, 1555 нм долгионы урт, 12 дБм чадалтай арилжааны гадаад хөндий лазерыг (ECL) ашиглана. Модуляцын дараа оптик дохиог ашиглан олшруулнаэрби агуулсан шилэн өсгөгч(EDFA) нь чип дээрх холболтын алдагдал болон модулятор оруулах алдагдлыг нөхөх.
Хүлээн авах төгсгөлд Оптик спектр анализатор (OSA) нь 70 Гбаудын дохионы хувьд Зураг 2 (b)-д үзүүлсэн шиг дохионы спектр болон дамжуулагчийн даралтыг хянадаг. Дохио хүлээн авахын тулд 90 градусын оптик холигч ба дөрвөн хэсгээс бүрдэх хос туйлшралын уялдаа холбоо бүхий хүлээн авагчийг ашиглана уу.40 GHz тэнцвэртэй фотодиодууд, мөн 33 GHz, 80 GSa/s бодит цагийн осциллограф (RTO) (Keysight DSOZ634A) -д холбогдсон. 100 кГц шугамын өргөнтэй хоёр дахь ECL эх үүсвэрийг орон нутгийн осциллятор (LO) болгон ашигладаг. Дамжуулагч нь нэг туйлшралын нөхцөлд ажилладаг тул аналог-тоон хувиргалтанд (ADC) зөвхөн хоёр электрон суваг ашигладаг. Өгөгдлийг RTO дээр бичиж, офлайн дижитал дохио процессор (DSP) ашиглан боловсруулдаг.
Зураг 2 (c)-д үзүүлснээр IQ модуляторыг QPSK модуляцийн форматыг ашиглан 40 Гбаудаас 75 Гбауд хүртэл туршсан. Үр дүн нь 7% хатуу шийдвэрийн алдааг засах (HD-FEC) нөхцөлд хурд нь 140 Гб/с хүрч болохыг харуулж байна; 20% зөөлөн шийдвэрийн алдааг засах (SD-FEC) нөхцөлд хурд нь 150 Гб/с хүрч чадна. 70 Гбаудын одны диаграммыг Зураг 2 (d) -д үзүүлэв. Үр дүн нь 33 GHz-ийн осциллографын зурвасын өргөнөөр хязгаарлагддаг бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 66 Гбаудын дохионы зурвасын өргөнтэй тэнцэнэ.

Зураг 2 (b)-д харуулсны дагуу гурван гарны бүтэц нь 30 дБ-ээс дээш хоосон зайтай оптик зөөгчийг үр дүнтэй дарж чаддаг. Энэ бүтэц нь зөөгчийг бүрэн дарах шаардлагагүй бөгөөд Крамер Крониг (KK) хүлээн авагч гэх мэт дохиог сэргээхийн тулд зөөвөрлөгчийн аялгуу шаарддаг хүлээн авагчдад ашиглаж болно. Хүссэн зөөгч ба хажуугийн харьцаа (CSR) хүрэхийн тулд зөөгчийг төв гарны фазын шилжүүлэгчээр тохируулж болно.
Давуу тал ба хэрэглээ
Уламжлалт Mach Zehnder модуляторуудтай харьцуулахад (MZM модуляторууд) болон бусад цахиурт суурилсан оптоэлектроник IQ модуляторуудын хувьд санал болгож буй цахиурын IQ модулятор нь олон давуу талтай. Нэгдүгээрт, энэ нь авсаархан хэмжээтэй, IQ модулятороос 10 дахин бага юмMach Zehnder модуляторууд(холбох дэвсгэрээс бусад), ингэснээр интеграцийн нягтралыг нэмэгдүүлж, чипний талбайг багасгана. Хоёрдугаарт, овоолсон электродын загвар нь терминалын резистор ашиглахыг шаарддаггүй бөгөөд ингэснээр төхөөрөмжийн багтаамж, бит тутамд энергийг бууруулдаг. Гуравдугаарт, тээвэрлэгчийг дарах чадвар нь дамжуулах хүчийг хамгийн их хэмжээгээр бууруулж, эрчим хүчний үр ашгийг улам бүр сайжруулдаг.
Нэмж дурдахад GeSi EAM-ийн оптик зурвасын өргөн нь маш өргөн (30 гаруй нанометр) бөгөөд богино долгионы модуляторуудын (MRMs) резонансын тогтворжуулах, синхрончлоход олон сувгийн санал хүсэлтийн хяналтын хэлхээ, процессорын хэрэгцээг арилгаж, ингэснээр дизайныг хялбаршуулдаг.
Энэхүү авсаархан, үр ашигтай IQ модулятор нь дараагийн үеийн, өндөр сувгийн тоо, дата төвүүд дэх жижиг уялдаатай дамжуулагчуудад маш тохиромжтой бөгөөд илүү өндөр хүчин чадал, илүү эрчим хүчний хэмнэлттэй оптик харилцаа холбоог идэвхжүүлдэг.
Дамжуулагчийн дарангуйлагдсан цахиур IQ модулятор нь 20% SD-FEC нөхцөлд 150 Гб/с хүртэл өгөгдөл дамжуулах хурдтай, маш сайн гүйцэтгэлтэй. GeSi EAM дээр суурилсан 3 гартай авсаархан бүтэц нь ул мөр, эрчим хүчний хэмнэлт, дизайны энгийн байдлын хувьд ихээхэн давуу талтай. Энэхүү модулятор нь оптик зөөвөрлөгчийг дарах эсвэл тохируулах чадвартай бөгөөд олон шугамын авсаархан когерент дамжуулагчийн когерент илрүүлэх болон Kramer Kronig (KK) илрүүлэх схемүүдтэй нэгтгэж болно. Үзүүлсэн ололт амжилтууд нь мэдээллийн төвүүд болон бусад салбарт өндөр хүчин чадалтай өгөгдөл дамжуулах өсөн нэмэгдэж буй эрэлт хэрэгцээг хангахын тулд өндөр нэгдсэн, үр ашигтай оптик дамжуулагчийг хэрэгжүүлэхэд түлхэц өгч байна.