Оптоэлектроникии компактӣ дар асоси кремнийМодулятори IQбарои муоширати когерентии баландсуръат
Афзоиши талабот ба суръати баланди интиқоли маълумот ва интиқолдиҳандаҳои каммасрафи энергия дар марказҳои додаҳо рушди дастгоҳҳои фишурда ва баландсифатро ба вуҷуд овардааст.модуляторҳои оптикӣТехнологияи оптоэлектронии дар асоси кремний (SiPh) ба як платформаи умедбахш барои ҳамгироии ҷузъҳои гуногуни фотонӣ ба як чип табдил ёфтааст, ки имкон медиҳад роҳҳои ҳалли фишурда ва камхарҷ истифода шаванд. Дар ин мақола модулятори нави IQ-и кремнийи пахшшаванда дар асоси GeSi EAM-ҳо, ки метавонад бо басомади то 75 Гбод кор кунад, баррасӣ мешавад.
Тарроҳӣ ва хусусиятҳои дастгоҳ
Модулятори пешниҳодшудаи IQ сохтори се дастаи паймонро қабул мекунад, ки дар расми 1 (a) нишон дода шудааст. Аз се GeSi EAM ва се ивазкунандаи фазаи термооптикӣ иборат буда, конфигуратсияи симметриро қабул мекунад. Нури вуруд тавассути пайвасткунандаи панҷара (GC) ба чип пайваст карда мешавад ва тавассути интерферометри бисёрмодаи 1×3 (MMI) ба се роҳ баробар тақсим карда мешавад. Пас аз гузаштан аз модулятор ва ивазкунандаи фаза, нур бо як MMI-и дигар 1×3 дубора муттаҳид карда мешавад ва сипас ба нахи якмода (SSMF) пайваст карда мешавад.
Расми 1: (а) Тасвири микроскопии модулятори IQ; (б) – (г) EO S21, спектри таносуби хомӯшӣ ва гузариши ягонаи GeSi EAM; (д) Диаграммаи схемавии модулятори IQ ва фазаи оптикии мувофиқи ивазкунандаи фаза; (е) Намояндагии пахшкунии интиқолдиҳанда дар сатҳи мураккаб. Тавре ки дар расми 1 (б) нишон дода шудааст, GeSi EAM дорои паҳнои васеи электрооптикӣ мебошад. Расми 1 (б) параметри S21-и сохтори озмоишии ягонаи GeSi EAM-ро бо истифода аз таҳлилгари ҷузъҳои оптикии 67 ГГц (LCA) чен кард. Расми 1 (в) ва 1 (г) мутаносибан спектрҳои таносуби хомӯшии статикӣ (ER)-ро дар шиддатҳои гуногуни DC ва интиқолро дар дарозии мавҷи 1555 нанометр нишон медиҳанд.
Тавре ки дар расми 1 (e) нишон дода шудааст, хусусияти асосии ин тарҳ қобилияти пахш кардани интиқолдиҳандаҳои оптикӣ тавассути танзими тағйирдиҳандаи фазаи муттаҳидшуда дар бозуи миёна мебошад. Фарқи фаза байни бозуҳои болоӣ ва поёнӣ π/2 аст, ки барои танзими мураккаб истифода мешавад, дар ҳоле ки фарқи фаза байни бозуи миёна -3 π/4 аст. Ин конфигуратсия имкон медиҳад, ки ба интиқолдиҳанда дахолати харобиовар ба амал ояд, чунон ки дар сатҳи мураккаби расми 1 (f) нишон дода шудааст.
Танзимоти таҷрибавӣ ва натиҷаҳо
Танзимоти таҷрибавии баландсуръат дар расми 2 (а) нишон дода шудааст. Генератори шакли мавҷи ихтиёрӣ (Keysight M8194A) ҳамчун манбаи сигнал истифода мешавад ва ду тақвиятдиҳандаи RF-и мувофиқ бо фазаи 60 ГГц (бо триҳои таассуби ҳамгирошуда) ҳамчун драйверҳои модулятор истифода мешаванд. Шиддати таассуби GeSi EAM -2.5 В аст ва сими RF-и мувофиқ бо фаза барои кам кардани номувофиқати фазаи электрикӣ байни каналҳои I ва Q истифода мешавад.
Расми 2: (а) Танзимоти таҷрибавии баландсуръат, (б) Саркӯбии интиқолдиҳанда дар 70 Гбод, (в) Суръати хато ва суръати додаҳо, (г) Бурҷ дар 70 Гбод. Лазери берунаи ковокии тиҷоратӣ (ECL)-ро бо паҳнои хатти 100 кГц, дарозии мавҷи 1555 нм ва қувваи 12 дБм ҳамчун интиқолдиҳандаи оптикӣ истифода баред. Пас аз модулятсия, сигнали оптикӣ бо истифода азтақвиятдиҳандаи нахи бо эрбий легиршуда(EDFA) барои ҷуброни талафоти пайвастшавӣ дар чип ва талафоти воридкунии модулятор.
Дар нуқтаи қабулкунанда, таҳлилгари спектри оптикӣ (OSA) спектри сигнал ва пахши интиқолдиҳандаро назорат мекунад, чунон ки дар расми 2 (b) барои сигнали 70 Гбод нишон дода шудааст. Барои қабули сигналҳо аз қабулкунандаи когерентии дугонаи поляризатсия истифода баред, ки аз миксери оптикии 90 дараҷа ва чор иборат аст.Фотодиодҳои мутавозини 40 ГГц, ва ба осциллографи вақти воқеӣ (RTO) бо басомади 33 ГГц, бо басомади 80 GSa/с (Keysight DSOZ634A) пайваст карда шудааст. Манбаи дуюми ECL бо паҳнои хат 100 кГц ҳамчун осциллятори маҳаллӣ (LO) истифода мешавад. Аз сабаби он ки интиқолдиҳанда дар шароити ягонаи поляризатсия кор мекунад, барои табдили аналогӣ ба рақамӣ (ADC) танҳо ду канали электронӣ истифода мешаванд. Маълумот дар RTO сабт ва бо истифода аз протсессори сигнали рақамии офлайнӣ (DSP) коркард карда мешавад.
Тавре ки дар расми 2 (c) нишон дода шудааст, модулятори IQ бо истифода аз формати модулятсияи QPSK аз 40 Гбайт то 75 Гбайт санҷида шуд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки дар шароити 7% ислоҳи хатогии қарори пешакӣ (HD-FEC), суръат метавонад ба 140 Гбайт/с расад; дар шароити 20% ислоҳи хатогии қарори пешакӣ (SD-FEC), суръат метавонад ба 150 Гбайт/с расад. Диаграммаи констраксия дар 70 Гбайт дар расми 2 (d) нишон дода шудааст. Натиҷа бо паҳнои банди осциллографи 33 ГГц маҳдуд аст, ки ба паҳнои банди сигнали тақрибан 66 Гбайт баробар аст.
Тавре ки дар расми 2 (b) нишон дода шудааст, сохтори седаст метавонад интиқолдиҳандаҳои оптикиро бо суръати холӣшавӣ аз 30 дБ самаранок пахш кунад. Ин сохтор пахши пурраи интиқолдиҳандаро талаб намекунад ва инчунин метавонад дар қабулкунакҳое, ки барои барқарор кардани сигналҳо ба оҳангҳои интиқолдиҳанда ниёз доранд, ба монанди қабулкунакҳои Kramer Kronig (KK), истифода шавад. Ин интиқолдиҳандаро метавон тавассути гузаришкунандаи фазаи дастӣ танзим кард, то таносуби дилхоҳи интиқолдиҳанда ба паҳлӯ (CSR) ба даст оварда шавад.
Бартариятҳо ва барномаҳо
Дар муқоиса бо модуляторҳои анъанавии Mach Zehnder (Модуляторҳои MZM) ва дигар модуляторҳои оптоэлектронии IQ дар асоси кремний, модулятори пешниҳодшудаи IQ-и кремний бартариҳои зиёд дорад. Аввалан, он аз ҷиҳати андоза хурд аст, ки беш аз 10 маротиба хурдтар аз модуляторҳои IQ дар асоси ... аст.Модуляторҳои Mach Zehnder(ба истиснои лавҳаҳои пайвасткунӣ), бо ин васила зичии интегратсияро зиёд мекунад ва майдони чипро кам мекунад. Дуюм, тарҳи электроди қабат-қабатшуда истифодаи резисторҳои терминалиро талаб намекунад, ки бо ин васила иқтидори дастгоҳ ва энергияро барои як бит кам мекунад. Сеюм, қобилияти пахшкунии интиқолдиҳанда коҳиши қувваи интиқолро ба ҳадди аксар мерасонад ва самаранокии энергияро боз ҳам беҳтар мекунад.
Илова бар ин, паҳнои банди оптикии GeSi EAM хеле васеъ аст (зиёда аз 30 нанометр), ки ниёз ба схемаҳо ва протсессорҳои бисёрканалии идоракунии бозгаштро барои устувор ва ҳамоҳангсозии резонанси модуляторҳои микроволновка (MRM) аз байн мебарад ва бо ин васила тарҳро содда мекунад.
Ин модулятори паймон ва самараноки IQ барои насли оянда, шумораи зиёди каналҳо ва трансиверҳои хурди когерентӣ дар марказҳои додаҳо хеле мувофиқ аст, ки имкон медиҳад иқтидори баландтар ва муоширати оптикии аз ҷиҳати энергия самараноктар истифода шавад.
Модулятори IQ-и кремнийи интиқолдиҳанда бо фишори баланд самаранокии аъло нишон медиҳад, ки суръати интиқоли маълумот то 150 Гбит/с дар шароити 20% SD-FEC мебошад. Сохтори 3-дастаи он, ки бар асоси GeSi EAM сохта шудааст, аз ҷиҳати масофа, самаранокии энергия ва соддагии тарҳ бартариҳои назаррас дорад. Ин модулятор қобилияти фишор ё танзими интиқолдиҳандаи оптикиро дорад ва метавонад бо схемаҳои ошкоркунии когерентӣ ва ошкоркунии Kramer Kronig (KK) барои трансиверҳои когерентии бисёрхаттаи компактӣ муттаҳид карда шавад. Дастовардҳои нишондодашуда татбиқи трансиверҳои оптикии хеле ҳамгирошуда ва самаранокро барои қонеъ кардани талаботи афзоянда барои муоширати додаҳои баландсифат дар марказҳои додаҳо ва дигар соҳаҳо пеш мебарад.
Вақти нашр: 21 январи соли 2025