소형 실리콘 기반 광전자IQ 변조기고속 코 히어 런트 커뮤니케이션의 경우
데이터 센터에서 더 높은 데이터 전송 속도와 에너지 효율적인 트랜시버에 대한 수요 증가는 소형 고성능의 개발을 주도했습니다.광학 변조기. 실리콘 기반 광전자 기술 (SIPH)은 다양한 광자 구성 요소를 단일 칩에 통합하여 컴팩트하고 비용 효율적인 솔루션을 가능하게하는 유망한 플랫폼이되었습니다. 이 기사는 GESI EAM을 기반으로 한 새로운 캐리어 억제 실리콘 IQ 변조기를 탐색하며, 이는 최대 75 GBAud의 빈도로 작동 할 수 있습니다.
장치 설계 및 특성
제안 된 IQ 변조기는도 1 (a)에 도시 된 바와 같이 소형 3 개의 암 구조를 채택한다. 대칭 구성을 채택하여 3 개의 GESI EAM과 3 개의 열 광학 위상 시프터로 구성됩니다. 입력 광은 격자 커플러 (GC)를 통해 칩에 결합되며 1 × 3 멀티 모드 간섭계 (MMI)를 통해 3 개의 경로로 골고루 나뉩니다. 변조기 및 위상 시프터를 통과 한 후, 빛은 다른 1 × 3 mmi에 의해 재조합 된 다음 단일 모드 섬유 (SSMF)에 결합된다.
도 1 : (a) IQ 변조기의 미세한 이미지; (b) - (d) EO S21, 멸종 비 스펙트럼 및 단일 GESI EAM의 투과율; (e) IQ 변조기의 개략도 및 위상 시프터의 상응하는 광학 위상; (f) 복잡한 평면에서의 캐리어 억제 표현. 도 1 (b)에 도시 된 바와 같이, GESI EAM은 넓은 전기 광학 대역폭을 갖는다. 그림 1 (b)는 67GHz 광학 구성 요소 분석기 (LCA)를 사용하여 단일 GESI EAM 테스트 구조의 S21 파라미터를 측정했습니다. 도 1 (c) 및 1 (d)는 각각 상이한 DC 전압에서 정적 멸종 비 (ER) 스펙트럼 및 1555 나노 미터의 파장에서의 전송을 도시한다.
도 1 (e)에 도시 된 바와 같이,이 설계의 주요 특징은 중간 암에 통합 된 위상 시프터를 조정하여 광 전환기를 억제하는 능력이다. 상단과 하단의 위상차는 π/2이며 복잡한 튜닝에 사용되는 반면 중간 암 사이의 위상차는 -3 π/4입니다. 이 구성은도 1 (f)의 복잡한 평면에 도시 된 바와 같이 캐리어에 대한 파괴적인 간섭을 허용한다.
실험 설정 및 결과
고속 실험 설정은 그림 2 (a)에 나와 있습니다. 임의의 파형 생성기 (Keysight M8194a)는 신호 소스로 사용되며, 2 개의 60GHz 위상 위상에 일치하는 RF 앰프 (통합 바이어스 티 포함)가 변조기 드라이버로 사용됩니다. GESI EAM의 바이어스 전압은 -2.5V이며, 위상 일치 RF 케이블은 I 및 Q 채널 간의 전기 위상 불일치를 최소화하는 데 사용됩니다.
그림 2 : (a) 고속 실험 설정, (b) 70 GBAud에서의 캐리어 억제, (c) 오류율 및 데이터 속도, (d) 70 GBAud의 별자리. 100 kHz의 선폭, 1555 nm의 파장, 12 dBm의 전력을 광학 담체로 사용하는 상업용 외부 공동 레이저 (ECL)를 사용하십시오. 변조 후, 광학 신호는 AN을 사용하여 증폭된다에르 비움 도핑 된 섬유 증폭기(EDFA) 온칩 커플 링 손실 및 변조기 삽입 손실을 보상합니다.
수신 끝에서, OSA (Optical Spectrum Analyzer)는 70 GBAud 신호에 대한도 2 (b)에 도시 된 바와 같이 신호 스펙트럼 및 캐리어 억제를 모니터링한다. 이중 편광 코 히어 런트 수신기를 사용하여 90도 광학 믹서와 4 개로 구성된 신호를받습니다.40GHz 균형 광 포토 디오드, 33GHz, 80 GSA/s 실시간 오실로스코프 (RTO)에 연결되어 있습니다 (Keysight DSOZ634A). 선폭이 100 kHz 인 두 번째 ECL 소스는 로컬 발진기 (LO)로 사용됩니다. 단일 편광 조건 하에서 작동하는 송신기로 인해 아날로그-디지털 변환 (ADC)에는 2 개의 전자 채널 만 사용됩니다. 데이터는 RTO에 기록되며 오프라인 디지털 신호 프로세서 (DSP)를 사용하여 처리됩니다.
도 2 (c)에 도시 된 바와 같이, IQ 변조기는 40 GBAud에서 75 GBAud에서 QPSK 변조 형식을 사용하여 테스트되었다. 결과는 7% 하드 결정 전진 오차 보정 (HD-FEC) 조건에서 속도가 140GB/s에 도달 할 수 있음을 나타냅니다. SD-FEC (Soft Decision Forward Error Correction) 20%의 조건에서 속도는 150GB/s에 도달 할 수 있습니다. 70 GBAud의 별자리 다이어그램은 그림 2 (d)에 나와 있습니다. 결과는 33GHz의 오실로스코프 대역폭에 의해 제한되며, 이는 약 66 GBAud의 신호 대역폭에 해당합니다.
도 2 (b)에 도시 된 바와 같이, 3 개의 암 구조는 30dB를 초과하는 블랭킹 속도로 광학 캐리어를 효과적으로 억제 할 수있다. 이 구조는 캐리어의 완전한 억제가 필요하지 않으며 Kramer Kronig (KK) 수신기와 같은 신호를 복구하기 위해 캐리어 톤이 필요한 수신기에도 사용할 수 있습니다. 캐리어는 중앙 암 위상 시프터를 통해 조정하여 원하는 캐리어 대 측반 비율 (CSR)을 달성 할 수 있습니다.
장점과 응용
전통적인 마하 Zehnder 변조기 (MZM 변조기) 및 기타 실리콘 기반 광전자 IQ 변조기, 제안 된 실리콘 IQ 변조기에는 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 크기가 작고, IQ 변조기보다 10 배 이상 작습니다.Mach Zehnder 변조기(본딩 패드 제외), 따라서 통합 밀도를 높이고 칩 영역을 감소시킵니다. 둘째, 스택 된 전극 설계는 터미널 저항기의 사용을 필요로하지 않으므로 비트 당 장치 커패시턴스 및 에너지를 감소시킵니다. 셋째, 캐리어 억제 능력은 전송 전력의 감소를 최대화하여 에너지 효율을 더욱 향상시킵니다.
또한 GESI EAM의 광역폭은 매우 넓으며 (30 나노 미터 이상) 멀티 채널 피드백 제어 회로 및 프로세서가 마이크로파 변조기 (MRM)의 공명을 안정화하고 동기화하여 설계를 단순화 할 필요가 없습니다.
이 작고 효율적인 IQ 변조기는 데이터 센터에서 차세대, 높은 채널 수 및 소형 코 히어 런트 트랜시버에 매우 적합하여 더 높은 용량과보다 에너지 효율적인 광학 통신을 가능하게합니다.
캐리어 억제 된 실리콘 IQ 변조기는 20% SD-FEC 조건에서 최대 150GB/s의 데이터 전송 속도로 우수한 성능을 나타냅니다. GESI EAM을 기반으로 한 소형 3ARM 구조는 발자국, 에너지 효율 및 설계 단순성 측면에서 중요한 이점을 가지고 있습니다. 이 변조기는 광학 캐리어를 억제하거나 조정하는 능력을 가지고 있으며, 다중 라인 소형 코 히어 런트 트랜시버에 대한 코 히어 런트 감지 및 KRAMER KRONIG (KK) 검출 체계와 통합 될 수 있습니다. 입증 된 업적은 데이터 센터 및 기타 필드에서 고용량 데이터 통신에 대한 증가하는 수요를 충족시키기 위해 고도로 통합되고 효율적인 광학 트랜시버의 실현을 유도합니다.
시간 후 : 1 월 21-2025