Optoelectrónico a base de silicio compactoModulador de IQpara comunicación coherente de alta velocidad
La creciente demanda de tasas de transmisión de datos más altas y transceptores más eficientes en energía en los centros de datos ha impulsado el desarrollo de un alto rendimiento compactomoduladores ópticos. La tecnología optoelectrónica basada en Silicon (SIPH) se ha convertido en una plataforma prometedora para integrar varios componentes fotónicos en un solo chip, permitiendo soluciones compactas y rentables. Este artículo explorará un nuevo portador de Silicon IQ Modulator basado en Gesi Eams, que puede funcionar a una frecuencia de hasta 75 Gbaud.
Diseño y características del dispositivo
El modulador IQ propuesto adopta una estructura compacta de tres brazos, como se muestra en la Figura 1 (a). Compuesto por tres cambios de fase ópticos y tres gesi eam y tres, adoptando una configuración simétrica. La luz de entrada se acopla en el chip a través de un acoplador de rejilla (GC) y se divide uniformemente en tres rutas a través de un interferómetro multimodo 1 × 3 (MMI). Después de pasar a través del modulador y la palanca de cambios de fase, la luz se recombina por otro 1 × 3 mmi y luego se acopla a una fibra de modo único (SSMF).
Figura 1: (a) Imagen microscópica del modulador IQ; (b) - (d) EO S21, espectro de relación de extinción y transmitancia de un solo gesi eam; (e) diagrama esquemático del modulador IQ y la fase óptica correspondiente de la palanca de cambios de fase; (f) Representación de supresión del portador en el plano complejo. Como se muestra en la Figura 1 (b), Gesi Eam tiene un ancho de banda electroóptico ancho. La Figura 1 (b) midió el parámetro S21 de una sola estructura de prueba GESI EAM utilizando un analizador de componentes ópticos (LCA) de 67 GHz. Las Figuras 1 (c) y 1 (d) representan respectivamente los espectros de la relación de extinción estática (ER) a diferentes voltajes de CC y la transmisión a una longitud de onda de 1555 nanómetros.
Como se muestra en la Figura 1 (e), la característica principal de este diseño es la capacidad de suprimir portadores ópticos ajustando la palanca de cambios de fase integrada en el brazo medio. La diferencia de fase entre los brazos superiores e inferiores es π/2, utilizado para un ajuste complejo, mientras que la diferencia de fase entre el brazo medio es -3 π/4. Esta configuración permite la interferencia destructiva al portador, como se muestra en el plano complejo de la Figura 1 (f).
Configuración y resultados experimentales
La configuración experimental de alta velocidad se muestra en la Figura 2 (a). Un generador de forma de onda arbitraria (Keysight M8194a) se usa como fuente de señal, y dos amplificadores de RF de fase de 60 GHz coinciden (con camisetas de sesgo integradas) se usan como controladores moduladores. El voltaje de polarización de Gesi Eam es -2.5 V, y un cable de RF coincidente de fase se usa para minimizar la desajuste de fase eléctrica entre los canales I y Q.
Figura 2: (a) Configuración experimental de alta velocidad, (b) supresión del portador a 70 Gbaud, (c) tasa de error y tasa de datos, (d) constelación a 70 Gbaud. Use un láser de cavidad externa comercial (ECL) con un ancho de línea de 100 kHz, una longitud de onda de 1555 nm y una potencia de 12 dBm como portador óptico. Después de la modulación, la señal óptica se amplifica utilizando unAmplificador de fibra dopado con erbio(EDFA) para compensar las pérdidas de acoplamiento en chip y las pérdidas de inserción del modulador.
En el extremo receptor, un analizador de espectro óptico (OSA) monitorea el espectro de señal y la supresión del portador, como se muestra en la Figura 2 (b) para una señal de 70 Gbaud. Use un receptor coherente de polarización dual para recibir señales, que consiste en un mezclador óptico de 90 grados y cuatroFotodiodos equilibrados de 40 GHz, y está conectado a un osciloscopio de 33 GSA, 80 GSA/s en tiempo real (RTO) (Keysight DSOZ634A). La segunda fuente de ECL con un ancho de línea de 100 kHz se usa como un oscilador local (LO). Debido al transmisor que funciona en condiciones de polarización única, solo se utilizan dos canales electrónicos para la conversión analógica a digital (ADC). Los datos se registran en RTO y se procesan utilizando un procesador de señal digital fuera de línea (DSP).
Como se muestra en la Figura 2 (c), el modulador IQ se probó utilizando el formato de modulación QPSK de 40 Gbaud a 75 Gbaud. Los resultados indican que bajo el 7% de las condiciones de corrección de errores de error de la decisión dura (HD-FEC), la tasa puede alcanzar 140 GB/s; Bajo la condición de la corrección de errores de avance de la decisión suave del 20% (SD-FEC), la velocidad puede alcanzar 150 GB/s. El diagrama de constelación a 70 Gbaud se muestra en la Figura 2 (d). El resultado está limitado por el ancho de banda del osciloscopio de 33 GHz, que es equivalente a un ancho de banda de señal de aproximadamente 66 Gbaud.
Como se muestra en la Figura 2 (b), la estructura de tres brazos puede suprimir efectivamente a los portadores ópticos con una velocidad de descarga superior a 30 dB. Esta estructura no requiere supresión completa del portador y también se puede usar en receptores que requieren tonos de portador para recuperar señales, como los receptores Kramer Kronig (KK). El portador se puede ajustar a través de una palanca de cambios de fase del brazo central para lograr la relación portadora a banda lateral deseada (CSR).
Ventajas y aplicaciones
En comparación con los moduladores tradicionales de Mach Zehnder (Moduladores MZM) Y otros moduladores de IQ optoelectrónicos a base de silicio, el modulador de IQ de silicio propuesto tiene múltiples ventajas. En primer lugar, es de tamaño compacto, más de 10 veces más pequeño que los moduladores de IQ basados enModuladores de Mach Zehnder(excluyendo almohadillas de enlace), aumentando así la densidad de integración y reduciendo el área de chip. En segundo lugar, el diseño de electrodo apilado no requiere el uso de resistencias de terminales, reduciendo así la capacitancia del dispositivo y la energía por bit. En tercer lugar, la capacidad de supresión del portador maximiza la reducción de la potencia de transmisión, mejorando aún más la eficiencia energética.
Además, el ancho de banda óptico de Gesi Eam es muy amplio (más de 30 nanómetros), eliminando la necesidad de circuitos y procesadores de control de retroalimentación multicanal para estabilizar y sincronizar la resonancia de los moduladores de microondas (MRM), simplificando así el diseño.
Este modulador de IQ compacto y eficiente es altamente adecuado para el recuento de canales de próxima generación y pequeños transceptores coherentes en los centros de datos, lo que permite una mayor capacidad y una comunicación óptica más eficiente en energía.
El portador suprimió el modulador de Silicon IQ exhibe un excelente rendimiento, con una tasa de transmisión de datos de hasta 150 GB/s bajo condiciones de SD-FEC al 20%. Su estructura compacta de 3 brazos basada en Gesi Eam tiene ventajas significativas en términos de huella, eficiencia energética y simplicidad de diseño. Este modulador tiene la capacidad de suprimir o ajustar el portador óptico y puede integrarse con esquemas de detección de Kramer Kramer Kronig (KK) para transceptores coherentes compactos de línea múltiple. Los logros demostrados impulsan la realización de transceptores ópticos altamente integrados y eficientes para satisfacer la creciente demanda de comunicación de datos de alta capacidad en centros de datos y otros campos.
Tiempo de publicación: enero-21-2025