소형 실리콘 기반 광전자공학IQ 변조기고속의 일관된 통신을 위해
데이터 센터에서 더 높은 데이터 전송 속도와 더 에너지 효율적인 트랜시버에 대한 수요가 증가함에 따라 소형 고성능 트랜시버의 개발이 촉진되었습니다.광 변조기. 실리콘 기반 광전자 기술(SiPh)은 다양한 광자 구성 요소를 단일 칩에 통합하여 컴팩트하고 비용 효율적인 솔루션을 가능하게 하는 유망한 플랫폼이 되었습니다. 이 기사에서는 최대 75Gbaud의 주파수에서 작동할 수 있는 GeSi EAM을 기반으로 하는 새로운 캐리어 억제 실리콘 IQ 변조기를 살펴보겠습니다.
장치 설계 및 특성
제안된 IQ 변조기는 그림 1 (a)와 같이 컴팩트한 3개의 암 구조를 채택합니다. 3개의 GeSi EAM과 3개의 열광학 위상 시프터로 구성되며 대칭 구성을 채택합니다. 입력광은 격자 커플러(GC)를 통해 칩에 결합되고 1×3 다중 모드 간섭계(MMI)를 통해 3개의 경로로 고르게 나뉩니다. 변조기와 위상 시프터를 통과한 후 빛은 또 다른 1×3 MMI에 의해 재결합된 다음 단일 모드 광섬유(SSMF)에 결합됩니다.
그림 1: (a) IQ 변조기의 현미경 이미지; (b) – (d) EO S21, 소광비 스펙트럼 및 단일 GeSi EAM의 투과율; (e) IQ 변조기의 개략도 및 위상 시프터의 해당 광학 위상; (f) 복소 평면에서의 캐리어 억제 표현. 그림 1(b)에서 볼 수 있듯이 GeSi EAM은 넓은 전기광학 대역폭을 가지고 있습니다. 그림 1(b)는 67GHz 광학 부품 분석기(LCA)를 사용하여 단일 GeSi EAM 테스트 구조의 S21 매개변수를 측정했습니다. 그림 1(c)와 1(d)는 각각 서로 다른 DC 전압에서의 정적 소멸비(ER) 스펙트럼과 1555나노미터 파장에서의 투과율을 나타냅니다.
그림 1(e)에서 볼 수 있듯이 이 설계의 주요 특징은 중간 암에 통합된 위상 천이 장치를 조정하여 광 캐리어를 억제하는 기능입니다. 위쪽 팔과 아래쪽 팔 사이의 위상차는 π/2로 복잡한 튜닝에 사용되는 반면 가운데 팔 사이의 위상차는 -3 π/4입니다. 이 구성은 그림 1(f)의 복소 평면에 표시된 것처럼 반송파에 대한 상쇄 간섭을 허용합니다.
실험 설정 및 결과
고속 실험 설정은 그림 2(a)에 나와 있습니다. 임의 파형 발생기(Keysight M8194A)가 신호 소스로 사용되며 2개의 60GHz 위상 정합 RF 증폭기(통합 바이어스 티 포함)가 변조기 드라이버로 사용됩니다. GeSi EAM의 바이어스 전압은 -2.5V이며 위상 정합 RF 케이블을 사용하여 I 채널과 Q 채널 간의 전기적 위상 불일치를 최소화합니다.
그림 2: (a) 고속 실험 설정, (b) 70Gbaud에서의 반송파 억제, (c) 오류율 및 데이터 속도, (d) 70Gbaud에서의 성좌. 선폭 100kHz, 파장 1555nm, 전력 12dBm의 상용 외부 공동 레이저(ECL)를 광학 캐리어로 사용합니다. 변조 후, 광 신호는 다음을 사용하여 증폭됩니다.에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)는 온칩 커플링 손실과 변조기 삽입 손실을 보상합니다.
수신 측에서는 OSA(광학 스펙트럼 분석기)가 그림 2(b)에 표시된 대로 70Gbaud 신호에 대한 신호 스펙트럼과 반송파 억제를 모니터링합니다. 신호를 수신하려면 90도 광학 믹서와 4개로 구성된 이중 편파 일관성 수신기를 사용하세요.40GHz 균형 포토다이오드, 33GHz, 80GSa/s 실시간 오실로스코프(RTO)(키사이트 DSOZ634A)에 연결됩니다. 선폭이 100kHz인 두 번째 ECL 소스는 국부 발진기(LO)로 사용됩니다. 단일 편파 조건에서 작동하는 송신기로 인해 아날로그-디지털 변환(ADC)에는 두 개의 전자 채널만 사용됩니다. 데이터는 RTO에 기록되고 오프라인 디지털 신호 프로세서(DSP)를 사용하여 처리됩니다.
그림 2(c)에 표시된 것처럼 IQ 변조기는 40Gbaud에서 75Gbaud까지의 QPSK 변조 형식을 사용하여 테스트되었습니다. 결과는 7% HD-FEC(하드 디시젼 순방향 오류 정정) 조건에서 속도가 140Gb/s에 도달할 수 있음을 나타냅니다. 20% 연판정 순방향 오류 정정(SD-FEC) 조건에서 속도는 150Gb/s에 도달할 수 있습니다. 70Gbaud에서의 성좌도는 그림 2(d)에 나와 있습니다. 결과는 약 66Gbaud의 신호 대역폭에 해당하는 33GHz의 오실로스코프 대역폭으로 제한됩니다.
그림 2(b)에서 볼 수 있듯이 3개의 암 구조는 30dB를 초과하는 블랭킹 레이트로 광 캐리어를 효과적으로 억제할 수 있습니다. 이 구조는 반송파를 완전히 억제할 필요가 없으며 Kramer Kronig(KK) 수신기와 같이 신호를 복구하기 위해 반송파 톤이 필요한 수신기에도 사용할 수 있습니다. 캐리어는 중앙 암 위상 시프터를 통해 조정되어 원하는 캐리어 대 측파대 비율(CSR)을 달성할 수 있습니다.
장점 및 응용
기존의 Mach Zehnder 변조기와 비교(MZM 변조기) 및 기타 실리콘 기반 광전자 IQ 변조기에서 제안된 실리콘 IQ 변조기는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 크기가 콤팩트하여 IQ 변조기보다 10배 이상 작습니다.마하 젠더 변조기(본딩 패드 제외), 집적 밀도를 높이고 칩 면적을 줄입니다. 둘째, 적층형 전극 설계에서는 종단 저항을 사용할 필요가 없으므로 장치 커패시턴스와 비트당 에너지가 줄어듭니다. 셋째, 캐리어 억제 기능은 전송 전력 감소를 극대화하여 에너지 효율을 더욱 향상시킵니다.
또한 GeSi EAM의 광 대역폭은 매우 넓어(30나노미터 이상) 마이크로파 변조기(MRM)의 공진을 안정화하고 동기화하기 위한 다중 채널 피드백 제어 회로 및 프로세서가 필요하지 않으므로 설계가 단순화됩니다.
이 작고 효율적인 IQ 변조기는 데이터 센터의 차세대, 높은 채널 수 및 작은 코히어런트 트랜시버에 매우 적합하여 더 높은 용량과 더 에너지 효율적인 광통신을 가능하게 합니다.
캐리어 억제형 실리콘 IQ 변조기는 20% SD-FEC 조건에서 최대 150Gb/s의 데이터 전송 속도로 탁월한 성능을 발휘합니다. GeSi EAM을 기반으로 한 컴팩트한 3암 구조는 설치 공간, 에너지 효율성 및 설계 단순성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 이 변조기는 광 캐리어를 억제하거나 조정하는 기능이 있으며 다중 회선 소형 코히어런트 트랜시버를 위한 코히어런트 감지 및 Kramer Kronig(KK) 감지 방식과 통합될 수 있습니다. 입증된 성과는 데이터 센터 및 기타 분야에서 증가하는 대용량 데이터 통신에 대한 수요를 충족하기 위해 고도로 통합되고 효율적인 광 트랜시버의 실현을 주도합니다.
게시 시간: 2025년 1월 21일