Pour la communication cohérente à grande vitesse

Optoélectronique à base de silicium compactModulateur de QIpour une communication cohérente à grande vitesse
La demande croissante de taux de transmission de données plus élevés et d'émetteurs-récepteurs plus économes en énergie dans les centres de données a motivé le développement de performances compactesmodulateurs optiques. La technologie optoélectronique à base de silicium (SIPP) est devenue une plate-forme prometteuse pour intégrer divers composants photoniques sur une seule puce, permettant des solutions compactes et rentables. Cet article explorera un nouveau modulatrice de QI de silicium supprimée de transporteur basé sur Gesi Eams, qui peut fonctionner à une fréquence allant jusqu'à 75 GBAUD.
Conception et caractéristiques de l'appareil
Le modulateur de QI proposé adopte une structure compacte à trois bras, comme le montre la figure 1 (a). Composé de trois Gesi Eam et de trois déphasages optiques thermo, adoptant une configuration symétrique. La lumière d'entrée est couplée dans la puce à travers un coupleur de réseau (GC) et divisée uniformément en trois chemins à travers un interféromètre multimode 1 × 3 (MMI). Après avoir traversé le modulateur et l'empreinte de phase, la lumière est recombinée par 1 × 3 mMI supplémentaire puis couplée à une fibre unique (SSMF).

Figure 1: (a) Image microscopique du modulateur de QI; (b) - (d) EO S21, spectre du rapport d'extinction et transmittance d'un seul Gesi eam; (e) Diagramme schématique du modulateur de QI et phase optique correspondante du phase de phase; (f) Repression de la suppression des porteurs sur le plan complexe. Comme le montre la figure 1 (b), Gesi Eam a une large bande passante électro-optique. La figure 1 (b) a mesuré le paramètre S21 d'une seule structure de test GESI EAM à l'aide d'un analyseur de composants optiques à 67 GHz (LCA). Les figures 1 (c) et 1 (d) représentent respectivement les spectres de rapport d'extinction statique (ER) à différentes tensions CC et la transmission à une longueur d'onde de 1555 nanomètres.
Comme le montre la figure 1 (e), la principale caractéristique de cette conception est la capacité de supprimer les porteurs optiques en ajustant le déphi-déphi-passant intégré dans le bras du milieu. La différence de phase entre les bras supérieure et inférieure est π / 2, utilisée pour un réglage complexe, tandis que la différence de phase entre le bras moyen est de -3 π / 4. Cette configuration permet une interférence destructrice à la porteuse, comme le montre le plan complexe de la figure 1 (f).
Configuration et résultats expérimentaux
La configuration expérimentale à grande vitesse est illustrée à la figure 2 (a). Un générateur de forme d'onde arbitraire (Keysight M8194A) est utilisé comme source de signal, et deux amplificateurs RF appariés de phase 60 GHz (avec des t-shirts de biais intégrés) sont utilisés comme pilotes de modulateur. La tension de polarisation de Gesi Eam est de -2,5 V, et un câble RF apparié en phase est utilisé pour minimiser le décalage de la phase électrique entre les canaux I et Q.
Figure 2: (a) Configuration expérimentale à grande vitesse, (b) Suppression des porteurs à 70 GBAUD, (c) Taux d'erreur et débit de données, (d) Constellation à 70 GBAUD. Utilisez un laser commercial de cavité externe (ECL) avec une largeur de ligne de 100 kHz, une longueur d'onde de 1555 nm et une puissance de 12 dBm comme porte-parcours optique. Après modulation, le signal optique est amplifié en utilisant unamplificateur à fibres dopé à l'erbium(EDFA) pour compenser les pertes de couplage sur puce et les pertes d'insertion du modulateur.
À l'extrémité de réception, un analyseur de spectre optique (OSA) surveille le spectre du signal et la suppression de la porteuse, comme le montre la figure 2 (b) pour un signal 70 gbaud. Utilisez un récepteur cohérent à double polarisation pour recevoir des signaux, qui se compose d'un mélangeur optique à 90 degrés et de quatrePhotodides équilibrées à 40 GHz, et est connecté à un oscilloscope en temps réel 33 GHz, 80 GSA / s (RTO) (Keysight DSOZ634A). La deuxième source ECL avec une largeur de ligne de 100 kHz est utilisée comme oscillateur local (LO). En raison de l'émetteur fonctionnant dans des conditions de polarisation unique, seuls deux canaux électroniques sont utilisés pour la conversion analogique-numérique (ADC). Les données sont enregistrées sur RTO et traitées à l'aide d'un processeur de signal numérique hors ligne (DSP).
Comme le montre la figure 2 (c), le modulateur de QI a été testé en utilisant le format de modulation QPSK de 40 GBAUD à 75 GBAUD. Les résultats indiquent que dans les conditions de correction d'erreur de décision dure 7% (HD-FEC), le taux peut atteindre 140 Go / s; Sous la condition de la correction d'erreur de décision de décision de 20% (SD-FEC), la vitesse peut atteindre 150 Go / s. Le diagramme de constellation à 70 gbaud est illustré à la figure 2 (d). Le résultat est limité par la bande passante de l'oscilloscope de 33 GHz, ce qui équivaut à une bande passante de signal d'environ 66 gbaud.

Comme le montre la figure 2 (b), la structure des trois bras peut supprimer efficacement les porteurs optiques avec un taux de localisation dépassant 30 dB. Cette structure ne nécessite pas de suppression complète du transporteur et peut également être utilisée dans les récepteurs qui nécessitent des tons de transporteur pour récupérer des signaux, tels que les récepteurs Kramer Kronig (KK). Le support peut être ajusté à travers un déphaseur de bras central pour atteindre le rapport porteur / bande latérale souhaité (RSE).
Avantages et applications
Par rapport aux modulateurs traditionnels de Mach Zehnder (Modulateurs MZM) et d'autres modulateurs d'IQ optoélectroniques à base de silicium, le modulateur IQ Silicon proposé présente de multiples avantages. Premièrement, il est de taille compacte, plus de 10 fois plus petit que les modulateurs de QI basés surModulateurs de Mach Zehnder(à l'exclusion des coussinets de liaison), augmentant ainsi la densité d'intégration et réduisant la zone des puces. Deuxièmement, la conception d'électrode empilée ne nécessite pas l'utilisation de résistances terminales, réduisant ainsi la capacité et l'énergie du dispositif par bit. Troisièmement, la capacité de suppression des porteurs maximise la réduction de la puissance de transmission, améliorant encore l'efficacité énergétique.
De plus, la bande passante optique de Gesi Eam est très large (plus de 30 nanomètres), éliminant le besoin de circuits de contrôle et de processeurs de rétroaction multicanaux pour stabiliser et synchroniser la résonance des modulateurs micro-ondes (MRM), ce qui simplifie la conception.
Ce modulateur de QI compact et efficace est très adapté à la nouvelle génération, à un nombre élevé de canaux et à de petits émetteurs-récepteurs cohérents dans les centres de données, permettant une capacité plus élevée et une communication optique plus économe en énergie.
Le modulatrice de Silicon IQ supprimée de transporteur présente d'excellentes performances, avec un taux de transmission de données allant jusqu'à 150 Go / s dans des conditions SD-FEC SD-FEC. Sa structure compacte à 3 bras basée sur Gesi Eam présente des avantages importants en termes d'empreinte, d'efficacité énergétique et de simplicité de conception. Ce modulateur a la capacité de supprimer ou d'ajuster le support optique et peut être intégré à une détection cohérente et des schémas de détection Kramer Kronig (KK) pour les émetteurs-récepteurs cohérents compacts multi-lines. Les réalisations démontrées stimulent la réalisation de rédacteurs optiques hautement intégrés et efficaces pour répondre à la demande croissante de communication de données à haute capacité dans les centres de données et autres domaines.