Kwa moduli ya mawasiliano yenye kasi ya juu yenye kompakt ya silicon-based optoelectronic IQ

Optoelectronic yenye msingi wa siliconModuli ya IQkwa mawasiliano ya kasi ya juu
Ongezeko la mahitaji ya viwango vya juu vya utumaji data na vipitishio vyenye ufanisi zaidi wa nishati katika vituo vya data kumechochea ukuzaji wa utendakazi wa hali ya juu.moduli za macho. Teknolojia ya optoelectronic ya silicon (SiPh) imekuwa jukwaa la kuahidi la kuunganisha vipengele mbalimbali vya picha kwenye chip moja, kuwezesha ufumbuzi wa kompakt na wa gharama nafuu. Makala haya yatachunguza moduli ya riwaya ya mtoa huduma iliyokandamizwa ya silicon IQ kulingana na GeSi EAMs, ambayo inaweza kufanya kazi kwa mzunguko wa hadi 75 Gbaud.
Muundo wa kifaa na sifa
Moduli ya IQ inayopendekezwa inachukua muundo wa mikono mitatu thabiti, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (a). Inaundwa na GeSi EAM tatu na vibadilishaji vibadilishaji umeme vitatu vya thermo, vinavyotumia usanidi linganifu. Nuru ya pembejeo imeunganishwa kwenye chip kwa njia ya kuunganisha (GC) na kugawanywa sawasawa katika njia tatu kupitia interferometer ya multimode 1 × 3 (MMI). Baada ya kupita kupitia moduli na kibadilishaji cha awamu, mwanga huunganishwa tena na 1 × 3 MMI nyingine na kisha kuunganishwa na fiber ya mode moja (SSMF).

Kielelezo 1: (a) Picha ya hadubini ya moduli ya IQ; (b) – (d) EO S21, wigo wa uwiano wa kutoweka, na upitishaji wa GeSi EAM moja; (e) Mchoro wa mpangilio wa moduli ya IQ na awamu ya macho inayolingana ya kibadilishaji cha awamu; (f) Uwakilishi wa ukandamizaji wa mbebaji kwenye ndege changamano. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (b), GeSi EAM ina kipimo data cha macho ya kielektroniki. Kielelezo cha 1 (b) kilipima kigezo cha S21 cha muundo mmoja wa jaribio la GeSi EAM kwa kutumia kichanganuzi cha sehemu ya 67 GHz (LCA). Kielelezo cha 1 (c) na 1 (d) mtawalia kinaonyesha mwonekano wa uwiano wa kutoweka tuli (ER) katika mikondo tofauti ya DC na upitishaji katika urefu wa mawimbi wa nanomita 1555.
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (e), kipengele kikuu cha muundo huu ni uwezo wa kukandamiza wabebaji wa 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 changamano, wakati tofauti ya awamu kati ya mkono wa kati ni -3 π/4. Usanidi huu unaruhusu kuingiliwa kwa uharibifu kwa mtoa huduma, kama inavyoonyeshwa kwenye ndege changamano ya Mchoro 1 (f).
Usanidi wa majaribio na matokeo
Usanidi wa majaribio ya kasi ya juu umeonyeshwa kwenye Mchoro 2 (a). Jenereta holela ya muundo wa wimbi (Keysight M8194A) hutumika kama chanzo cha mawimbi, na vikuza viwili vya awamu ya 60 GHz vinavyolingana na RF (vilivyounganishwa vya upendeleo) hutumiwa kama viendeshaji vya moduli. Voltage ya upendeleo ya GeSi EAM ni -2.5 V, na kebo ya RF inayolingana na awamu hutumiwa kupunguza kutolingana kwa awamu ya umeme kati ya chaneli za I na Q.
Kielelezo cha 2: (a) Usanidi wa majaribio ya kasi ya juu, (b) Ukandamizaji wa Mtoa huduma kwa 70 Gbaud, (c) Kiwango cha makosa na kiwango cha data, (d) Kundinyota kwa 70 Gbaud. Tumia leza ya kibiashara ya tundu la nje (ECL) yenye upana wa mstari wa 100 kHz, urefu wa mawimbi wa nm 1555, na nguvu ya 12 dBm kama mtoa huduma wa macho. Baada ya urekebishaji, ishara ya macho inakuzwa kwa kutumiaamplifier ya nyuzi za erbium-doped(EDFA) kufidia hasara za kuunganisha kwenye chip na hasara za uwekaji wa moduli.
Wakati wa kupokea, Kichanganuzi cha Mawimbi ya Macho (OSA) hufuatilia wigo wa mawigo na ukandamizaji wa mtoa huduma, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b) kwa mawimbi 70 ya Gbaud. Tumia kipokezi madhubuti cha mgawanyiko wa pande mbili ili kupokea mawimbi, ambayo yana kichanganyiko cha macho cha digrii 90 na nne.Picha za 40 GHz zilizosawazishwa, na imeunganishwa kwa 33 GHz, 80 GSa/s oscilloscope ya wakati halisi (RTO) (Keysight DSOZ634A). Chanzo cha pili cha ECL chenye upana wa mstari wa kHz 100 kinatumika kama oscillator ya ndani (LO). Kwa sababu ya transmita inayofanya kazi chini ya hali moja ya ugawanyiko, njia mbili tu za kielektroniki hutumiwa kwa ubadilishaji wa analogi hadi dijiti (ADC). Data inarekodiwa kwenye RTO na kuchakatwa kwa kutumia kichakataji cha mawimbi ya dijiti nje ya mtandao (DSP).
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (c), kidhibiti cha IQ kilijaribiwa kwa kutumia umbizo la urekebishaji la QPSK kutoka 40 Gbaud hadi 75 Gbaud. Matokeo yanaonyesha kuwa chini ya 7% hali ngumu ya kusahihisha makosa ya uamuzi (HD-FEC), kiwango kinaweza kufikia 140 Gb/s; Chini ya hali ya 20% ya urekebishaji wa makosa ya mbele ya uamuzi laini (SD-FEC), kasi inaweza kufikia 150 Gb/s. Mchoro wa nyota katika 70 Gbaud umeonyeshwa kwenye Mchoro 2 (d). Matokeo yake ni mdogo na kipimo data cha oscilloscope cha 33 GHz, ambacho ni sawa na kipimo data cha takriban 66 Gbaud.

Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b), muundo wa mikono mitatu unaweza kukandamiza vibebaji vya macho kwa kasi isiyo na maana inayozidi 30 dB. Muundo huu hauhitaji ukandamizaji kamili wa mtoa huduma na unaweza pia kutumika katika vipokezi vinavyohitaji sauti za mtoa huduma kurejesha mawimbi, kama vile vipokezi vya Kramer Kronig (KK). Mtoa huduma anaweza kurekebishwa kupitia kibadilishaji cha awamu ya mkono wa kati ili kufikia uwiano unaohitajika wa mtoa huduma kwa ukanda wa kando (CSR).
Faida na Maombi
Ikilinganishwa na moduli za jadi za Mach Zehnder (Moduli za MZM) na moduli zingine za silicon-based optoelectronic IQ, moduli ya silicon IQ inayopendekezwa ina faida nyingi. Kwanza, ni kompakt kwa saizi, zaidi ya mara 10 ndogo kuliko moduli za IQ kulingana naWasanidi wa Mach Zehnder(bila kujumuisha pedi za kuunganisha), na hivyo kuongeza wiani wa ushirikiano na kupunguza eneo la chip. Pili, muundo wa elektroni uliorundikwa hauhitaji matumizi ya vidhibiti vya wastaafu, na hivyo kupunguza uwezo wa kifaa na nishati kwa kila kidogo. Tatu, uwezo wa ukandamizaji wa carrier huongeza upunguzaji wa nguvu ya upitishaji, na kuboresha ufanisi wa nishati.
Kwa kuongezea, kipimo data cha macho cha GeSi EAM ni pana sana (zaidi ya nanomita 30), hivyo basi kuondoa hitaji la mizunguko na vichakataji vya kudhibiti maoni ya idhaa nyingi ili kuleta utulivu na kusawazisha sauti ya vidhibiti vya microwave (MRMs), na hivyo kurahisisha muundo.
Kidhibiti hiki cha IQ kilichoshikamana na bora kinafaa sana kwa kizazi kijacho, hesabu ya juu ya chaneli, na vipenyo vidogo vilivyoshikamana katika vituo vya data, kuwezesha uwezo wa juu na mawasiliano ya macho yenye ufanisi zaidi wa nishati.
Kidhibiti cha silicon IQ kilichokandamizwa na mtoa huduma kinaonyesha utendakazi bora, na kiwango cha utumaji data cha hadi 150 Gb/s chini ya 20% ya masharti ya SD-FEC. Muundo wake thabiti wa mikono 3 kulingana na GeSi EAM una faida kubwa katika suala la nyayo, ufanisi wa nishati, na urahisi wa muundo. Moduli hii ina uwezo wa kukandamiza au kurekebisha mtoa huduma wa macho na inaweza kuunganishwa na ugunduzi madhubuti na mifumo ya utambuzi ya Kramer Kronig (KK) kwa vipitishio vya kupitisha vilivyoshikamana vya laini nyingi. Mafanikio yaliyoonyeshwa yanasukuma utambuzi wa transceivers za macho zilizounganishwa sana na zenye ufanisi ili kukidhi mahitaji yanayokua ya mawasiliano ya data ya uwezo wa juu katika vituo vya data na nyanja zingine.