कम्प्याक्ट सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिकIQ मोड्युलेटरउच्च गतिको सुसंगत सञ्चारको लागि
डाटा सेन्टरहरूमा उच्च डाटा प्रसारण दर र अधिक ऊर्जा-कुशल ट्रान्सीभरहरूको बढ्दो मागले कम्प्याक्ट उच्च-प्रदर्शन प्रणालीको विकासलाई प्रेरित गरेको छ।अप्टिकल मोड्युलेटरहरू। सिलिकन आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक टेक्नोलोजी (SiPh) विभिन्न फोटोनिक कम्पोनेन्टहरूलाई एउटै चिपमा एकीकृत गर्ने, कम्प्याक्ट र लागत-प्रभावी समाधानहरू सक्षम पार्ने आशाजनक प्लेटफर्म बनेको छ। यस लेखले GeSi EAMs मा आधारित एक नयाँ क्यारियर सप्रेस्ड सिलिकन IQ मोड्युलेटरको अन्वेषण गर्नेछ, जुन ७५ Gbaud सम्मको फ्रिक्वेन्सीमा सञ्चालन हुन सक्छ।
उपकरणको डिजाइन र विशेषताहरू
प्रस्तावित IQ मोड्युलेटरले चित्र १ (a) मा देखाइए अनुसार कम्प्याक्ट तीन आर्म संरचना अपनाउँछ। तीन GeSi EAM र तीन थर्मो अप्टिकल फेज शिफ्टरहरू मिलेर बनेको, सममित कन्फिगरेसन अपनाउँछ। इनपुट लाइटलाई ग्रेटिंग कप्लर (GC) मार्फत चिपमा जोडिन्छ र १×३ मल्टिमोड इन्टरफेरोमिटर (MMI) मार्फत तीन मार्गहरूमा समान रूपमा विभाजित गरिन्छ। मोड्युलेटर र फेज शिफ्टरबाट गुज्रिसकेपछि, प्रकाशलाई अर्को १×३ MMI द्वारा पुन: संयोजन गरिन्छ र त्यसपछि एकल-मोड फाइबर (SSMF) मा जोडिन्छ।
चित्र १: (क) IQ मोड्युलेटरको सूक्ष्म छवि; (ख) – (घ) EO S21, विलुप्तता अनुपात स्पेक्ट्रम, र एकल GeSi EAM को प्रसारण; (ङ) IQ मोड्युलेटरको योजनाबद्ध रेखाचित्र र फेज शिफ्टरको सम्बन्धित अप्टिकल चरण; (च) जटिल समतलमा वाहक दमन प्रतिनिधित्व। चित्र १ (ख) मा देखाइए अनुसार, GeSi EAM मा फराकिलो इलेक्ट्रो-अप्टिक ब्यान्डविथ छ। चित्र १ (ख) ले ६७ GHz अप्टिकल कम्पोनेन्ट विश्लेषक (LCA) प्रयोग गरेर एकल GeSi EAM परीक्षण संरचनाको S21 प्यारामिटर मापन गर्यो। चित्र १ (ग) र १ (घ) ले क्रमशः विभिन्न DC भोल्टेजहरूमा स्थिर विलुप्तता अनुपात (ER) स्पेक्ट्रा र १५५५ न्यानोमिटरको तरंगदैर्ध्यमा प्रसारण चित्रण गर्दछ।
चित्र १ (e) मा देखाइए अनुसार, यस डिजाइनको मुख्य विशेषता भनेको मध्य हातमा एकीकृत चरण शिफ्टर समायोजन गरेर अप्टिकल वाहकहरूलाई दबाउने क्षमता हो। माथिल्लो र तल्लो हातहरू बीचको चरण भिन्नता π/2 हो, जुन जटिल ट्युनिङको लागि प्रयोग गरिन्छ, जबकि मध्य हात बीचको चरण भिन्नता -3 π/4 हो। यो कन्फिगरेसनले चित्र १ (f) को जटिल समतलमा देखाइए अनुसार, वाहकमा विनाशकारी हस्तक्षेपको लागि अनुमति दिन्छ।
प्रयोगात्मक सेटअप र परिणामहरू
उच्च-गतिको प्रयोगात्मक सेटअप चित्र २ (a) मा देखाइएको छ। सिग्नल स्रोतको रूपमा एक मनमानी वेभफर्म जेनेरेटर (Keysight M8194A) प्रयोग गरिन्छ, र दुई 60 GHz चरण मिल्ने RF एम्पलीफायरहरू (एकीकृत बायस टीहरू सहित) मोड्युलेटर ड्राइभरको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। GeSi EAM को बायस भोल्टेज -2.5 V छ, र I र Q च्यानलहरू बीचको विद्युतीय चरण बेमेल कम गर्न चरण मिल्ने RF केबल प्रयोग गरिन्छ।
चित्र २: (क) उच्च गतिको प्रयोगात्मक सेटअप, (ख) ७० Gbaud मा वाहक दमन, (ग) त्रुटि दर र डेटा दर, (घ) ७० Gbaud मा नक्षत्र। १०० kHz को लाइनविड्थ, १५५५ nm को तरंगदैर्ध्य, र १२ dBm को पावर भएको व्यावसायिक बाह्य गुहा लेजर (ECL) अप्टिकल क्यारियरको रूपमा प्रयोग गर्नुहोस्। मोड्युलेसन पछि, अप्टिकल सिग्नललाई एक प्रयोग गरेर प्रवर्द्धन गरिन्छ।एर्बियम-डोपेड फाइबर एम्पलीफायर(EDFA) अन-चिप कपलिंग हानि र मोड्युलेटर इन्सर्सन हानिको क्षतिपूर्ति गर्न।
प्राप्त गर्ने अन्त्यमा, एक अप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक (OSA) ले सिग्नल स्पेक्ट्रम र क्यारियर सप्रेसनको निगरानी गर्दछ, जस्तै चित्र २ (b) मा ७० Gbaud सिग्नलको लागि देखाइएको छ। सिग्नलहरू प्राप्त गर्न दोहोरो ध्रुवीकरण सुसंगत रिसीभर प्रयोग गर्नुहोस्, जसमा ९० डिग्री अप्टिकल मिक्सर र चार४० GHz सन्तुलित फोटोडायोडहरू, र ३३ GHz, ८० GSa/s रियल-टाइम ओसिलोस्कोप (RTO) (Keysight DSOZ634A) मा जडान गरिएको छ। १०० kHz को लाइनविड्थ भएको दोस्रो ECL स्रोतलाई स्थानीय ओसिलेटर (LO) को रूपमा प्रयोग गरिन्छ। एकल ध्रुवीकरण अवस्थाहरूमा सञ्चालन हुने ट्रान्समिटरको कारणले गर्दा, एनालग-देखि-डिजिटल रूपान्तरण (ADC) को लागि केवल दुई इलेक्ट्रोनिक च्यानलहरू प्रयोग गरिन्छ। डेटा RTO मा रेकर्ड गरिन्छ र अफलाइन डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP) प्रयोग गरेर प्रशोधन गरिन्छ।
चित्र २ (c) मा देखाइए अनुसार, IQ मोड्युलेटरलाई ४० Gbaud देखि ७५ Gbaud सम्म QPSK मोड्युलेसन ढाँचा प्रयोग गरेर परीक्षण गरिएको थियो। नतिजाहरूले ७% हार्ड डिसिजन फर्वार्ड एरर करेक्शन (HD-FEC) सर्तहरू अन्तर्गत, दर १४० Gb/s पुग्न सक्छ भन्ने संकेत गर्छ; २०% सफ्ट डिसिजन फर्वार्ड एरर करेक्शन (SD-FEC) सर्त अन्तर्गत, गति १५० Gb/s पुग्न सक्छ। ७० Gbaud मा रहेको नक्षत्र रेखाचित्र चित्र २ (d) मा देखाइएको छ। परिणाम ३३ GHz को ओसिलोस्कोप ब्यान्डविथ द्वारा सीमित छ, जुन लगभग ६६ Gbaud को सिग्नल ब्यान्डविथ बराबर छ।
चित्र २ (ख) मा देखाइए अनुसार, तीन आर्म संरचनाले ३० dB भन्दा बढी ब्ल्याङ्किङ दर भएका अप्टिकल क्यारियरहरूलाई प्रभावकारी रूपमा दबाउन सक्छ। यो संरचनालाई क्यारियरको पूर्ण दमन आवश्यक पर्दैन र क्रेमर क्रोनिग (KK) रिसीभरहरू जस्ता सिग्नलहरू पुनःप्राप्त गर्न क्यारियर टोनहरू आवश्यक पर्ने रिसीभरहरूमा पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ। क्यारियरलाई इच्छित क्यारियरदेखि साइडब्यान्ड अनुपात (CSR) प्राप्त गर्न केन्द्रीय आर्म फेज शिफ्टर मार्फत समायोजन गर्न सकिन्छ।
फाइदा र अनुप्रयोगहरू
परम्परागत म्याक जेहन्डर मोड्युलेटरहरूसँग तुलना गर्दा (MZM मोड्युलेटरहरू) र अन्य सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक IQ मोड्युलेटरहरू, प्रस्तावित सिलिकन IQ मोड्युलेटरका धेरै फाइदाहरू छन्। पहिलो, यो आकारमा कम्प्याक्ट छ, IQ मोड्युलेटरहरू भन्दा १० गुणा सानो छ जुनम्याक जेहन्डर मोड्युलेटरहरू(बन्डिङ प्याडहरू बाहेक), यसरी एकीकरण घनत्व बढ्छ र चिप क्षेत्र घट्छ। दोस्रो, स्ट्याक्ड इलेक्ट्रोड डिजाइनलाई टर्मिनल प्रतिरोधकहरूको प्रयोगको आवश्यकता पर्दैन, जसले गर्दा प्रति बिट उपकरण क्षमता र ऊर्जा घट्छ। तेस्रो, वाहक दमन क्षमताले प्रसारण शक्तिको कमीलाई अधिकतम बनाउँछ, ऊर्जा दक्षतामा थप सुधार गर्दछ।
यसको अतिरिक्त, GeSi EAM को अप्टिकल ब्यान्डविथ धेरै फराकिलो छ (३० न्यानोमिटर भन्दा बढी), जसले माइक्रोवेभ मोड्युलेटरहरू (MRMs) को अनुनाद स्थिर र सिंक्रोनाइज गर्न बहु-च्यानल प्रतिक्रिया नियन्त्रण सर्किटहरू र प्रोसेसरहरूको आवश्यकतालाई हटाउँछ, जसले गर्दा डिजाइन सरल हुन्छ।
यो कम्प्याक्ट र कुशल IQ मोड्युलेटर अर्को पुस्ता, उच्च च्यानल गणना, र डेटा केन्द्रहरूमा साना सुसंगत ट्रान्सीभरहरूको लागि अत्यधिक उपयुक्त छ, जसले उच्च क्षमता र अधिक ऊर्जा-कुशल अप्टिकल संचारलाई सक्षम बनाउँछ।
क्यारियर सप्रेस्ड सिलिकन IQ मोड्युलेटरले उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शन गर्दछ, २०% SD-FEC अवस्थाहरूमा १५० Gb/s सम्मको डाटा ट्रान्समिशन दरको साथ। GeSi EAM मा आधारित यसको कम्प्याक्ट ३-आर्म संरचनामा फुटप्रिन्ट, ऊर्जा दक्षता, र डिजाइन सरलताको सन्दर्भमा महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू छन्। यो मोड्युलेटरमा अप्टिकल क्यारियरलाई दबाउने वा समायोजन गर्ने क्षमता छ र यसलाई बहु-लाइन कम्प्याक्ट सुसंगत ट्रान्ससिभरहरूको लागि सुसंगत पत्ता लगाउने र क्रेमर क्रोनिग (KK) पत्ता लगाउने योजनाहरूसँग एकीकृत गर्न सकिन्छ। प्रदर्शन गरिएका उपलब्धिहरूले डाटा केन्द्रहरू र अन्य क्षेत्रहरूमा उच्च-क्षमता डेटा सञ्चारको बढ्दो माग पूरा गर्न अत्यधिक एकीकृत र कुशल अप्टिकल ट्रान्ससिभरहरूको प्राप्तिलाई ड्राइभ गर्दछ।
पोस्ट समय: जनवरी-२१-२०२५