Kwa modulator ya IQ ya optoelectronic yenye uthabiti wa mawasiliano ya kasi ya juu

Optoelectronic inayotegemea silikoni ndogoKidhibiti cha IQkwa mawasiliano ya kasi ya juu yenye uthabiti
Kuongezeka kwa mahitaji ya viwango vya juu vya upitishaji data na vipitishi vya kupitisha data vyenye ufanisi zaidi katika vituo vya data kumesababisha maendeleo ya utendaji mdogo wa hali ya juu.vidhibiti vya machoTeknolojia ya optoelectronic inayotegemea silicon (SiPh) imekuwa jukwaa linaloahidi la kuunganisha vipengele mbalimbali vya fotoniki kwenye chipu moja, na kuwezesha suluhisho ndogo na za gharama nafuu. Makala haya yatachunguza kidhibiti kipya cha IQ cha silicon kilichokandamizwa kulingana na GeSi EAMs, ambacho kinaweza kufanya kazi kwa masafa ya hadi 75 Gbaud.
Ubunifu na sifa za kifaa
Moduli ya IQ inayopendekezwa hutumia muundo mdogo wa mikono mitatu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (a). Imeundwa na vibadilishaji vitatu vya GeSi EAM na vibadilishaji vitatu vya awamu ya thermooptical, vikitumia usanidi wa ulinganifu. Mwanga wa kuingiza huunganishwa kwenye chipu kupitia kiunganishi cha grating (GC) na kugawanywa sawasawa katika njia tatu kupitia kipima-njia cha 1×3 cha multimode (MMI). Baada ya kupita kwenye kibadilishaji na kibadilishaji cha awamu, mwanga huunganishwa tena na MMI nyingine ya 1×3 na kisha kuunganishwa na nyuzi ya hali moja (SSMF).

Mchoro 1: (a) Picha ya hadubini ya kidhibiti cha IQ; (b) – (d) EO S21, wigo wa uwiano wa kutoweka, na upitishaji wa GeSi EAM moja; (e) Mchoro wa kimfumo wa kidhibiti cha IQ na awamu inayolingana ya kibadilishaji cha awamu; (f) Uwakilishi wa kukandamiza mtoa huduma kwenye ndege changamano. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (b), GeSi EAM ina kipimo data kikubwa cha elektro-optic. Mchoro 1 (b) ulipima kigezo cha S21 cha muundo mmoja wa jaribio la GeSi EAM kwa kutumia kichambuzi cha vipengele vya macho cha 67 GHz (LCA). Mchoro 1 (c) na 1 (d) mtawalia zinaonyesha spektra ya uwiano wa kutoweka tuli (ER) katika volteji tofauti za DC na upitishaji katika urefu wa wimbi wa nanomita 1555.
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (e), sifa kuu ya muundo huu ni uwezo wa kukandamiza vibebaji vya macho kwa kurekebisha kibadilishaji cha awamu kilichojumuishwa kwenye mkono wa kati. Tofauti ya awamu kati ya mikono ya juu na ya chini ni π/2, inayotumika kwa urekebishaji tata, huku tofauti ya awamu kati ya mkono wa kati ikiwa -3 π/4. Usanidi huu huruhusu kuingiliwa kwa uharibifu kwa kibebaji, kama inavyoonyeshwa kwenye ndege changamano ya Mchoro 1 (f).
Mpangilio wa majaribio na matokeo
Usanidi wa majaribio wa kasi ya juu unaonyeshwa kwenye Mchoro 2 (a). Jenereta ya umbo la wimbi holela (Keysight M8194A) inatumika kama chanzo cha mawimbi, na vipaza sauti viwili vya RF vinavyolingana na awamu ya 60 GHz (vyenye tee za upendeleo zilizojumuishwa) vinatumika kama viendeshi vya modulator. Volti ya upendeleo ya GeSi EAM ni -2.5 V, na kebo ya RF inayolingana na awamu inatumika kupunguza kutolingana kwa awamu ya umeme kati ya njia za I na Q.
Mchoro 2: (a) Usanidi wa majaribio wa kasi ya juu, (b) Ukandamizaji wa mtoa huduma katika Gbaud 70, (c) Kiwango cha hitilafu na kiwango cha data, (d) Mkusanyiko katika Gbaud 70. Tumia leza ya nje ya cavity ya kibiashara (ECL) yenye upana wa mstari wa 100 kHz, urefu wa wimbi wa 1555 nm, na nguvu ya 12 dBm kama mtoa huduma wa macho. Baada ya urekebishaji, ishara ya macho huongezeka kwa kutumiaamplifier ya nyuzi iliyochanganywa na erbium(EDFA) ili kufidia hasara za kiunganishi kwenye chipu na hasara za uingizaji wa kidhibiti.
Katika upande wa kupokea, Kichanganuzi cha Spektramu ya Macho (OSA) hufuatilia wigo wa mawimbi na ukandamizaji wa mtoa huduma, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b) kwa ishara ya Gbaud 70. Tumia kipokezi chenye upatanifu wa polarization mbili kupokea mawimbi, ambayo yanajumuisha mchanganyiko wa macho wa digrii 90 na mawimbi manne.Diode za picha zenye uwiano wa GHz 40, na imeunganishwa na oscilloscope ya muda halisi ya 33 GHz, 80 GSa/s (RTO) (Keysight DSOZ634A). Chanzo cha pili cha ECL chenye upana wa mstari wa 100 kHz kinatumika kama oscillator ya ndani (LO). Kwa sababu ya kisambazaji kinachofanya kazi chini ya hali ya upatanishi mmoja, ni njia mbili tu za kielektroniki zinazotumika kwa ubadilishaji wa analogi-hadi-dijitali (ADC). Data hurekodiwa kwenye RTO na kusindika kwa kutumia kichakataji cha mawimbi ya dijitali cha nje ya mtandao (DSP).
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (c), kidhibiti cha IQ kilijaribiwa kwa kutumia umbizo la moduli la QPSK kutoka Gbaud 40 hadi Gbaud 75. Matokeo yanaonyesha kuwa chini ya hali ya 7% ya marekebisho ya hitilafu ya mbele yenye uamuzi mgumu (HD-FEC), kiwango kinaweza kufikia Gb/s 140; Chini ya hali ya marekebisho ya hitilafu ya mbele yenye uamuzi laini ya 20% (SD-FEC), kasi inaweza kufikia Gb/s 150. Mchoro wa mkusanyiko katika Gbaud 70 unaonyeshwa kwenye Mchoro 2 (d). Matokeo yake yamepunguzwa na kipimo data cha oscilloscope cha 33 GHz, ambacho ni sawa na kipimo data cha ishara cha takriban Gbaud 66.

Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b), muundo wa mikono mitatu unaweza kukandamiza vibebaji vya macho kwa ufanisi kwa kiwango cha tupu kinachozidi 30 dB. Muundo huu hauhitaji kukandamiza kabisa kibebaji na pia unaweza kutumika katika vipokeaji vinavyohitaji toni za kibebaji ili kurejesha mawimbi, kama vile vipokeaji vya Kramer Kronig (KK). Kibebaji kinaweza kubadilishwa kupitia kibadilishaji cha awamu ya mkono wa kati ili kufikia uwiano unaohitajika wa kibebaji kwa utepe (CSR).
Faida na Matumizi
Ikilinganishwa na vidhibiti vya jadi vya Mach Zehnder (Vidhibiti vya MZM) na vidhibiti vingine vya IQ vya optoelectronic vinavyotegemea silicon, kidhibiti cha IQ cha silicon kinachopendekezwa kina faida nyingi. Kwanza, ni kidogo kwa ukubwa, zaidi ya mara 10 ndogo kuliko vidhibiti vya IQ kulingana naVidhibiti vya Mach Zehnder(ukiondoa pedi za kuunganisha), hivyo kuongeza msongamano wa ujumuishaji na kupunguza eneo la chipu. Pili, muundo wa elektrodi zilizopangwa hauhitaji matumizi ya vipingamizi vya terminal, na hivyo kupunguza uwezo wa kifaa na nishati kwa kila biti. Tatu, uwezo wa kukandamiza mtoa huduma huongeza upunguzaji wa nguvu ya upitishaji, na kuboresha zaidi ufanisi wa nishati.
Kwa kuongezea, kipimo data cha macho cha GeSi EAM ni pana sana (zaidi ya nanomita 30), na hivyo kuondoa hitaji la saketi za udhibiti wa maoni na vichakataji vya njia nyingi ili kutuliza na kusawazisha mwangwi wa vidhibiti vya microwave (MRM), na hivyo kurahisisha muundo.
Kidhibiti hiki kidogo na chenye ufanisi cha IQ kinafaa sana kwa vipitishi vya kisasa, idadi kubwa ya chaneli, na vipitishi vidogo vyenye uthabiti katika vituo vya data, na hivyo kuwezesha uwezo wa juu na mawasiliano ya macho yanayotumia nishati kidogo zaidi.
Kidhibiti cha IQ cha silicon kilichokandamizwa kinaonyesha utendaji bora, kikiwa na kiwango cha upitishaji data cha hadi 150 Gb/s chini ya hali ya 20% SD-FEC. Muundo wake mdogo wa mikono 3 kulingana na GeSi EAM una faida kubwa katika suala la alama, ufanisi wa nishati, na urahisi wa muundo. Kidhibiti hiki kina uwezo wa kukandamiza au kurekebisha kidhibiti cha macho na kinaweza kuunganishwa na utambuzi thabiti na mipango ya kugundua Kramer Kronig (KK) kwa vidhibiti vya kupitisha data thabiti vya mistari mingi. Mafanikio yaliyoonyeshwa yanaendesha utambuzi wa vidhibiti vya kupitisha data vilivyounganishwa sana na vyenye ufanisi ili kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya mawasiliano ya data yenye uwezo mkubwa katika vituo vya data na nyanja zingine.