Para a comunicación coherente de alta velocidade, modulador de IQ optoelectrónico baseado en silicio

Optoelectrónico a base de silicio compactoModulador IQPara unha comunicación coherente de alta velocidade
A demanda crecente de maiores taxas de transmisión de datos e transceptores máis eficientes enerxéticamente nos centros de datos impulsaron o desenvolvemento de alto rendemento compactoModuladores ópticos. A tecnoloxía optoelectrónica baseada en silicio (SIPH) converteuse nunha plataforma prometedora para integrar varios compoñentes fotónicos nun único chip, permitindo solucións compactas e rendibles. Este artigo explorará un novo modulador de iQ de Silicon Silicon baseado en EAMS GESI, que pode operar a unha frecuencia de ata 75 GBAUD.
Deseño e características do dispositivo
O modulador de IQ proposto adopta unha estrutura compacta de tres brazos, como se mostra na figura 1 (a). Composto por tres cambiadores de fase óptica Gesi EAM e tres termo ópticos, adoptando unha configuración simétrica. A luz de entrada está acoplada no chip a través dun acoplador de reixa (GC) e divídese uniformemente en tres camiños a través dun interferómetro multimodo 1 × 3 (MMI). Despois de pasar polo modulador e cambiador de fase, a luz é recombinada por outro 1 × 3 mmi e logo acoplado a unha fibra dun só modo (SSMF).

Figura 1: (a) Imaxe microscópica do modulador IQ; (b) - (d) EO S21, espectro de relación de extinción e transmisión dun único GESI EAM; (e) diagrama esquemático do modulador IQ e a fase óptica correspondente do cambiador de fase; (f) Representación de supresión do portador no plano complexo. Como se mostra na figura 1 (b), Gesi EAM ten un ancho de banda electro-óptico amplo. A figura 1 (b) mediu o parámetro S21 dunha única estrutura de proba GESI EAM usando un analizador de compoñentes ópticos de 67 GHz (LCA). As figuras 1 (c) e 1 (d) representan respectivamente os espectros de relación de extinción estática (ER) a diferentes tensións de corrente continua e a transmisión a unha lonxitude de onda de 1555 nanómetros.
Como se mostra na figura 1 (e), a característica principal deste deseño é a capacidade de suprimir os transportistas ópticos axustando o cambiador de fase integrado no brazo medio. A diferenza de fase entre os brazos superiores e inferiores é π/2, usada para a afinación complexa, mentres que a diferenza de fase entre o brazo medio é -3 π/4. Esta configuración permite interferencias destrutivas para o transportista, como se mostra no plano complexo da figura 1 (f).
Configuración e resultados experimentais
A configuración experimental de alta velocidade móstrase na figura 2 (a). Como fonte de sinal utilízase un xerador de forma de onda arbitraria (Keysight M8194A) e dous amplificadores de RF correspondentes en fase de 60 GHz (con sesgo integrado) úsanse como controladores moduladores. A tensión de sesgo de GESI EAM é de -2,5 V, e un cable RF correspondente á fase úsase para minimizar o desaxuste de fase eléctrica entre as canles I e Q.
Figura 2: (a) Configuración experimental de alta velocidade, (b) Supresión do portador a 70 GBAUD, (c) taxa de erro e taxa de datos, (d) constelación a 70 gbaud. Use un láser de cavidade externa comercial (ECL) cun ancho de liña de 100 kHz, lonxitude de onda de 1555 nm e potencia de 12 dBm como portador óptico. Despois da modulación, o sinal óptico amplifícase usando unAmplificador de fibra dopada por erbio(EDFA) para compensar as perdas de acoplamiento en chip e as perdas de inserción do modulador.
No extremo receptor, un analizador de espectro óptico (OSA) controla o espectro do sinal e a supresión do portador, como se mostra na figura 2 (b) para un sinal de 70 gbaud. Use un receptor coherente de polarización dobre para recibir sinais, que consta dun batedor óptico de 90 graos e catroFotodiodos equilibrados de 40 GHze está conectado a un osciloscopio en tempo real de 33 GHz, 80 GSA/S (RTO) (Keysight DSOZ634A). A segunda fonte ECL cun ancho de liña de 100 kHz úsase como oscilador local (LO). Debido ao transmisor que funciona en condicións de polarización única, só se usan dúas canles electrónicas para a conversión analóxica a dixital (ADC). Os datos rexístranse en RTO e procesan mediante un procesador de sinal dixital fóra de liña (DSP).
Como se mostra na figura 2 (c), o modulador de coeficiente intelectual foi probado mediante o formato de modulación QPSK de 40 GBAUD a 75 GBAUD. Os resultados indican que as condicións de corrección de erros anticipados con menos dun 7% (HD-FEC), a taxa pode chegar a 140 GB/s; Baixo a condición de corrección de erros cara a adiante do 20% (SD-FEC), a velocidade pode chegar a 150 GB/s. O diagrama de constelación a 70 gbaud móstrase na figura 2 (d). O resultado está limitado polo ancho de banda do osciloscopio de 33 GHz, o que equivale a un ancho de banda de sinal de aproximadamente 66 GBAUD.

Como se mostra na figura 2 (b), a estrutura de tres brazos pode suprimir eficazmente os transportistas ópticos cunha velocidade de cobertura superior a 30 dB. Esta estrutura non require unha supresión completa do transportista e tamén se pode usar en receptores que requiren tons de portador para recuperar sinais, como os receptores de Kramer Kronig (KK). O transportista pódese axustar a través dun cambiador de fase central do brazo para conseguir a relación transportadora e banda lateral desexada (CSR).
Vantaxes e aplicacións
En comparación cos moduladores tradicionais de Mach Zehnder (Moduladores MZM) e outros moduladores de IQ optoelectrónicos baseados en silicio, o modulador de IQ de silicio proposto ten múltiples vantaxes. En primeiro lugar, ten un tamaño compacto, máis de 10 veces máis pequeno que os moduladores de coeficiente intelectual baseados enModuladores de Mach Zehnder(excluíndo as almofadas de unión), aumentando así a densidade de integración e reducindo a área de chip. En segundo lugar, o deseño de electrodos apilados non require o uso de resistencias terminais, reducindo así a capacitancia e a enerxía do dispositivo por bit. En terceiro lugar, a capacidade de supresión do transportista maximiza a redución da potencia de transmisión, mellorando aínda máis a eficiencia enerxética.
Ademais, o ancho de banda óptico de GESI EAM é moi amplo (máis de 30 nanómetros), eliminando a necesidade de circuítos e procesadores de control de retroalimentación multicanal para estabilizar e sincronizar a resonancia de moduladores de microondas (MRMs), simplificando así o deseño.
Este modulador de IQ compacto e eficiente é altamente adecuado para a nova xeración, o alto número de canles e os pequenos transceptores coherentes en centros de datos, permitindo unha maior capacidade e unha comunicación óptica máis eficiente enerxeticamente.
O modulador de transportistas suprimido por Silicon IQ presenta un excelente rendemento, cunha taxa de transmisión de datos de ata 150 GB/s baixo un 20% de condicións SD-FEC. A súa estrutura compacta de 3 brazos baseada en GESI EAM ten vantaxes significativas en termos de pegada, eficiencia enerxética e sinxeleza de deseño. Este modulador ten a posibilidade de suprimir ou axustar o portador óptico e pódese integrar coa detección coherente e os esquemas de detección de Kramer Kronig (KK) para transceptores coherentes compactos de varias liñas. Os logros demostrados impulsan a realización de transceptores ópticos altamente integrados e eficientes para satisfacer a crecente demanda de comunicación de datos de alta capacidade en centros de datos e outros campos.