Fyrir samfelld háhraða samskipti fyrirferðarlítill kísil-undirstaða ljósa rafræn IQ mótari

Fyrirferðarlítill kísil-undirstaða sjóntækjabúnaðurIQ mótarifyrir samfelld háhraðasamskipti
Aukin eftirspurn eftir hærri gagnaflutningshraða og orkunýtnari senditæki í gagnaverum hefur knúið þróunina á fyrirferðarlítið afkastamikiðoptískir mótara. Kísilundirstaða optoelectronic tækni (SiPh) hefur orðið efnilegur vettvangur til að samþætta ýmsa ljóseindaíhluti á eina flís, sem gerir samningar og hagkvæmar lausnir kleift. Þessi grein mun kanna nýjan burðarbældan sílikon IQ mótara byggðan á GeSi EAMs, sem getur starfað á allt að 75 Gbaud tíðni.
Hönnun tækis og eiginleikar
Fyrirhugaður greindarvísitala mótarinn notar þétta þriggja arma uppbyggingu, eins og sýnt er á mynd 1 (a). Samsett úr þremur GeSi EAM og þremur hitaoptískum fasaskiptum, sem taka upp samhverfa uppsetningu. Inntaksljósið er tengt inn í flísina í gegnum risttengi (GC) og jafnt skipt í þrjár leiðir í gegnum 1×3 multimode interferometer (MMI). Eftir að hafa farið í gegnum mótarann ​​og fasaskiptarann ​​er ljósið sameinað aftur með öðru 1×3 MMI og síðan tengt við einhams trefjar (SSMF).

Mynd 1: (a) Smásjá mynd af IQ mótara; (b) – (d) EO S21, slokknunarhlutfallsróf og flutningur eins GeSi EAM; (e) Skýringarmynd greindarvísitölumótara og samsvarandi ljósfasa fasaskipta; (f) Bælingarmynd burðarefnis á flóknu plani. Eins og sýnt er á mynd 1 (b), hefur GeSi EAM víðtæka rafsjónræna bandbreidd. Mynd 1 (b) mældi S21 færibreytuna í einni GeSi EAM prófunarbyggingu með því að nota 67 GHz ljóshlutagreiningartæki (LCA). Myndir 1 (c) og 1 (d) í sömu röð sýna litróf til að slokkna á kyrrstöðu (ER) við mismunandi DC spennu og útsendingu á bylgjulengd 1555 nanómetra.
Eins og sýnt er á mynd 1 (e), er aðaleinkenni þessarar hönnunar hæfileikinn til að bæla sjónræna burðarefni með því að stilla innbyggða fasaskiptinn í miðhandleggnum. Fasamunur á efri og neðri handlegg er π/2, notaður fyrir flókna stillingu, en fasamunur milli miðhandleggs er -3 π/4. Þessi uppsetning gerir ráð fyrir eyðileggjandi truflunum á burðarbúnaðinn, eins og sýnt er á flóknu plani á mynd 1 (f).
Tilraunauppsetning og niðurstöður
Háhraða tilraunauppsetningin er sýnd á mynd 2 (a). Handahófskenndur bylgjuform rafall (Keysight M8194A) er notaður sem merkjagjafi, og tveir 60 GHz fasapassaðir RF magnarar (með innbyggðum hlutdrægni tea) eru notaðir sem mótaradrifnar. Forspenna GeSi EAM er -2,5 V, og fasapassaður RF kapall er notaður til að lágmarka rafmagnsfasamisræmi milli I og Q rásanna.
Mynd 2: (a) Háhraða tilraunauppsetning, (b) Bæling burðarkerfis við 70 Gbaud, (c) Villuhraði og gagnahraði, (d) Stjörnumerki við 70 Gbaud. Notaðu ytri hola leysir í atvinnuskyni (ECL) með línubreidd 100 kHz, bylgjulengd 1555 nm og afl 12 dBm sem ljósbera. Eftir mótun er ljósmerkið magnað með því að nota anerbium-dópaður trefjamagnari(EDFA) til að bæta upp tengitap á flís og innsetningartap mótara.
Í móttökuendanum fylgist Optical Spectrum Analyzer (OSA) með merkisviðinu og bælingu burðarbera, eins og sýnt er á mynd 2 (b) fyrir 70 Gbaud merki. Notaðu samhangandi tvískautaðan móttakara til að taka á móti merki, sem samanstendur af 90 gráðu ljósblöndunartæki og fjórum40 GHz jafnvægi ljósdíóða, og er tengdur við 33 GHz, 80 GSa/s rauntíma sveiflusjá (RTO) (Keysight DSOZ634A). Önnur ECL uppspretta með línubreidd 100 kHz er notuð sem staðbundinn sveiflubúnaður (LO). Vegna þess að sendirinn starfar við stakskautun, eru aðeins tvær rafrænar rásir notaðar fyrir analog-to-digital umbreytingu (ADC). Gögnin eru skráð á RTO og unnin með ótengdum stafrænum merki örgjörva (DSP).
Eins og sýnt er á mynd 2 (c), var IQ mótarinn prófaður með QPSK mótunarsniði frá 40 Gbaud til 75 Gbaud. Niðurstöðurnar gefa til kynna að við 7% erfiða ákvörðun framsenda villuleiðréttingu (HD-FEC) aðstæður getur hraðinn náð 140 Gb/s; Við skilyrði 20% mjúkrar ákvörðunar framsenda villuleiðréttingar (SD-FEC) getur hraðinn náð 150 Gb/s. Stjörnumerkið við 70 Gbaud er sýnt á mynd 2 (d). Niðurstaðan er takmörkuð af sveiflusjá bandbreidd 33 GHz, sem jafngildir merkjabandbreidd um það bil 66 Gbaud.

Eins og sýnt er á mynd 2 (b), getur þriggja arma uppbyggingin í raun bælt sjónræna burðarefni með slökkvihraða sem er yfir 30 dB. Þessi uppbygging krefst ekki algjörrar bælingar á burðarberanum og er einnig hægt að nota í móttakara sem krefjast burðartóna til að endurheimta merki, eins og Kramer Kronig (KK) móttakara. Hægt er að stilla burðarbúnaðinn í gegnum fasaskiptara fyrir miðhandlegg til að ná æskilegu hlutfalli burðar til hliðarbands (CSR).
Kostir og forrit
Samanborið við hefðbundna Mach Zehnder mótara (MZM mótara) og önnur kísil-undirstaða ljósrafeinda IQ mótara, fyrirhugaður kísil IQ mótari hefur marga kosti. Í fyrsta lagi er það fyrirferðarlítið að stærð, meira en 10 sinnum minni en IQ modulators byggðir áMach Zehnder mótara(að undanskildum tengipúðum), eykur þannig samþættingarþéttleika og minnkar flísflatarmál. Í öðru lagi, staflað rafskautshönnun krefst ekki notkunar á endaviðnámum, og dregur þar með úr rýmd tækisins og orku á bita. Í þriðja lagi hámarkar bælingargeta flutningsaðila minnkun flutningsafls, sem bætir orkunýtni enn frekar.
Að auki er sjónbandbreidd GeSi EAM mjög breið (yfir 30 nanómetrar), sem útilokar þörfina fyrir fjölrása endurgjöf stjórnrása og örgjörva til að koma á stöðugleika og samstilla ómun örbylgjumótara (MRM), og þar með einfalda hönnunina.
Þessi fyrirferðamikill og skilvirki IQ mótari er mjög hentugur fyrir næstu kynslóð, háan rásafjölda og lítil samfelld senditæki í gagnaverum, sem gerir meiri afkastagetu og orkusparandi sjónsamskipti.
Flutningsbældi sílikon IQ mótarinn sýnir framúrskarandi frammistöðu, með gagnaflutningshraða allt að 150 Gb/s við 20% SD-FEC aðstæður. Fyrirferðarlítil 3ja arma uppbyggingin sem byggir á GeSi EAM hefur umtalsverða kosti hvað varðar fótspor, orkunýtni og einfaldleika hönnunar. Þessi mótunarbúnaður hefur getu til að bæla niður eða stilla ljósbera og hægt er að samþætta hann við samfellda uppgötvun og Kramer Kronig (KK) skynjunarkerfi fyrir fjöllínu samstæðu samræmda senditæki. Sýndu afrekin knýja fram framkvæmd mjög samþættra og skilvirkra optískra senditækja til að mæta vaxandi eftirspurn eftir afkastamikilli gagnasamskiptum í gagnaverum og öðrum sviðum.