Nhỏ gọn dựa trên siliconBộ điều biến IQĐối với giao tiếp mạch lạc tốc độ cao
Nhu cầu ngày càng tăng đối với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và các bộ thu phát tiết kiệm năng lượng hơn trong các trung tâm dữ liệu đã thúc đẩy sự phát triển của hiệu suất cao nhỏ gọnBộ điều biến quang học. Công nghệ quang điện tử dựa trên Silicon (SIPH) đã trở thành một nền tảng đầy hứa hẹn để tích hợp các thành phần quang tử khác nhau vào một chip duy nhất, cho phép các giải pháp nhỏ gọn và hiệu quả về chi phí. Bài viết này sẽ khám phá một bộ điều chế IQ Silicon IQ đã loại bỏ IQ dựa trên các EAM GESI, có thể hoạt động với tần suất lên tới 75 GBAUD.
Thiết kế thiết bị và đặc điểm
Bộ điều biến IQ được đề xuất áp dụng cấu trúc ba cánh tay nhỏ gọn, như trong Hình 1 (a). Bao gồm ba EAM GESI và ba bộ chuyển pha quang nhiệt, áp dụng cấu hình đối xứng. Ánh sáng đầu vào được ghép vào chip thông qua bộ ghép nối (GC) và chia đều thành ba đường dẫn qua giao thoa kế đa chế độ 1 × 3 (MMI). Sau khi đi qua bộ điều biến và bộ chuyển pha, ánh sáng được kết hợp lại bởi một 1 × 3 MMI khác và sau đó được ghép với sợi đơn chế độ (SSMF).
Hình 1: (a) Hình ảnh kính hiển vi của bộ điều chế IQ; . (E) Sơ đồ của bộ điều chế IQ và pha quang tương ứng của bộ chuyển pha; (f) Biểu diễn triệt tiêu sóng mang trên mặt phẳng phức. Như được hiển thị trong Hình 1 (b), GESI EAM có băng thông quang điện rộng. Hình 1 (b) đã đo tham số S21 của một cấu trúc thử nghiệm EAM GESI bằng máy phân tích thành phần quang 67 GHz (LCA). Hình 1 (c) và 1 (d) tương ứng mô tả các phổ tuyệt chủng tĩnh (ER) ở các điện áp DC khác nhau và truyền ở bước sóng 1555 nanomet.
Như được hiển thị trong Hình 1 (e), tính năng chính của thiết kế này là khả năng triệt tiêu các chất mang quang học bằng cách điều chỉnh bộ chuyển pha tích hợp ở cánh tay giữa. Sự khác biệt pha giữa cánh tay trên và dưới là π/2, được sử dụng để điều chỉnh phức tạp, trong khi chênh lệch pha giữa cánh tay giữa là -3 π/4. Cấu hình này cho phép nhiễu phá hủy vào sóng mang, như được hiển thị trong mặt phẳng phức của Hình 1 (f).
Thiết lập và kết quả thử nghiệm
Thiết lập thử nghiệm tốc độ cao được hiển thị trong Hình 2 (a). Một bộ tạo dạng sóng tùy ý (Keysight M8194A) được sử dụng làm nguồn tín hiệu và hai bộ khuếch đại RF phù hợp với pha 60 GHz (với tees sai lệch tích hợp) được sử dụng làm trình điều khiển điều biến. Điện áp thiên vị của GESI EAM là -2,5 V và cáp RF phù hợp với pha được sử dụng để giảm thiểu không khớp pha điện giữa các kênh I và Q.
Hình 2: (a) Thiết lập thử nghiệm tốc độ cao, (b) Việc ức chế sóng mang ở 70 GBAUD, (c) Tốc độ lỗi và tốc độ dữ liệu, (d) Chòm sao ở 70 GBAUD. Sử dụng laser khoang bên ngoài thương mại (ECL) với độ rộng dòng 100 kHz, bước sóng 1555nm và công suất 12 dBm làm chất mang quang học. Sau khi điều chế, tín hiệu quang được khuếch đại bằng cách sử dụngBộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium(EDFA) để bù cho tổn thất khớp nối trên chip và tổn thất chèn bộ điều biến.
Ở đầu nhận, một máy phân tích quang phổ quang học (OSA) theo dõi phổ tín hiệu và sự ức chế sóng mang, như trong Hình 2 (b) cho tín hiệu 70 GBAUD. Sử dụng máy thu kết hợp phân cực kép để nhận tín hiệu, bao gồm bộ trộn quang 90 độ và bốnPhotodiodes cân bằng 40 GHzvà được kết nối với máy hiện sóng thời gian thực 33 GHz, 80 GSA/s (RTO) (Keysight DSOZ634A). Nguồn ECL thứ hai với độ rộng dòng 100 kHz được sử dụng làm bộ dao động cục bộ (LO). Do máy phát hoạt động trong các điều kiện phân cực đơn lẻ, chỉ có hai kênh điện tử được sử dụng để chuyển đổi tương tự thành kỹ thuật số (ADC). Dữ liệu được ghi lại trên RTO và được xử lý bằng bộ xử lý tín hiệu số ngoại tuyến (DSP).
Như được hiển thị trong Hình 2 (c), bộ điều biến IQ đã được kiểm tra bằng định dạng điều chế QPSK từ 40 GBAUD đến 75 GBAUD. Kết quả chỉ ra rằng các điều kiện sửa lỗi quyết định khó khăn (HD-FEC) dưới 7% (HD-FEC), tỷ lệ có thể đạt 140 GB/s; Trong điều kiện sửa lỗi lỗi chuyển tiếp quyết định mềm 20% (SD-FEC), tốc độ có thể đạt tới 150 GB/s. Biểu đồ chòm sao ở 70 GBAUD được hiển thị trong Hình 2 (d). Kết quả được giới hạn bởi băng thông dao động là 33 GHz, tương đương với băng thông tín hiệu khoảng 66 gbaud.
Như được hiển thị trong Hình 2 (b), cấu trúc ba cánh tay có thể triệt tiêu một cách hiệu quả các chất mang quang học với tốc độ trống vượt quá 30 dB. Cấu trúc này không yêu cầu triệt tiêu hoàn toàn chất mang và cũng có thể được sử dụng trong các máy thu yêu cầu âm sóng mang để thu hồi tín hiệu, chẳng hạn như máy thu Kramer Kronig (KK). Người vận chuyển có thể được điều chỉnh thông qua một bộ chuyển động pha ARM trung tâm để đạt được tỷ lệ sóng mang theo băng đảng mong muốn (CSR).
Ưu điểm và ứng dụng
So với các bộ điều biến Mach Zehnder truyền thống (Bộ điều biến MZM) và các bộ điều biến IQ quang điện tử dựa trên silicon khác, bộ điều biến IQ Silicon được đề xuất có nhiều lợi thế. Thứ nhất, nó có kích thước nhỏ gọn, nhỏ hơn 10 lần so với các bộ điều biến IQ dựa trênMach Zehnder Modulators(không bao gồm các miếng đệm liên kết), do đó tăng mật độ tích hợp và giảm diện tích chip. Thứ hai, thiết kế điện cực xếp chồng không yêu cầu sử dụng các điện trở đầu cuối, do đó làm giảm điện dung thiết bị và năng lượng mỗi bit. Thứ ba, khả năng ức chế sóng mang tối đa hóa việc giảm công suất truyền, cải thiện hơn nữa hiệu quả năng lượng.
Ngoài ra, băng thông quang học của GESI EAM rất rộng (hơn 30 nanomet), loại bỏ sự cần thiết của các mạch điều khiển phản hồi đa kênh và bộ xử lý để ổn định và đồng bộ hóa sự cộng hưởng của bộ điều biến vi sóng (MRM), do đó đơn giản hóa thiết kế.
Bộ điều biến IQ nhỏ gọn và hiệu quả này rất phù hợp cho thế hệ tiếp theo, số lượng kênh cao và bộ thu phát mạch lạc nhỏ trong các trung tâm dữ liệu, cho phép công suất cao hơn và giao tiếp quang tiết kiệm năng lượng hơn.
Bộ vận chuyển đã triệt tiêu bộ điều biến Silicon IQ thể hiện hiệu suất tuyệt vời, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 150 GB/s trong điều kiện SD-FEC 20%. Cấu trúc 3 cánh tay nhỏ gọn của nó dựa trên GESI EAM có những ưu điểm đáng kể về dấu chân, hiệu quả năng lượng và sự đơn giản thiết kế. Bộ điều biến này có khả năng triệt tiêu hoặc điều chỉnh chất mang quang học và có thể được tích hợp với phát hiện kết hợp và các sơ đồ phát hiện Kramer Kronig (KK) cho các bộ thu phát kết hợp nhỏ gọn đa dòng. Các thành tích được chứng minh thúc đẩy việc thực hiện các bộ thu phát quang tích hợp và hiệu quả cao để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với truyền thông dữ liệu công suất cao trong các trung tâm dữ liệu và các trường khác.
Thời gian đăng: Tháng 1-21-2025