Optoelettronica compatta à basa di siliciuModulatore di QIper una cumunicazione coerente à alta velocità
A dumanda crescente di velocità di trasmissione di dati più elevate è di transceiver più efficienti in termini di energia in i centri di dati hà purtatu à u sviluppu di dispositivi compatti ad alte prestazioni.modulatori otticiA tecnulugia optoelettronica basata nantu à u siliciu (SiPh) hè diventata una piattaforma promettente per integrà diversi cumpunenti fotonici nantu à un unicu chip, chì permette suluzioni compatte è economiche. Questu articulu esplorerà un novu modulatore IQ di siliciu cù soppressione di u purtatore basatu nantu à EAM GeSi, chì pò operà à una frequenza finu à 75 Gbaud.
Cuncepimentu è caratteristiche di u dispusitivu
U modulatore IQ prupostu adotta una struttura compatta à trè bracci, cum'è mostratu in a Figura 1 (a). Cumpostu da trè EAM GeSi è trè cambiatori di fase termoottici, aduttendu una cunfigurazione simmetrica. A luce d'entrata hè accoppiata in u chip attraversu un accoppiatore à reticolo (GC) è divisa uniformemente in trè percorsi attraversu un interferometru multimodale 1×3 (MMI). Dopu avè passatu per u modulatore è u cambiatore di fase, a luce hè ricombinata da un altru MMI 1×3 è poi accoppiata à una fibra monomodale (SSMF).
Figura 1: (a) Imagine microscopica di u modulatore IQ; (b) – (d) EO S21, spettru di u rapportu d'estinzione è trasmittanza di un unicu EAM GeSi; (e) Schema di u modulatore IQ è di a fase ottica currispundente di u sfasatore; (f) Rappresentazione di a soppressione di a portante nantu à u pianu cumplessu. Cum'è mostratu in a Figura 1 (b), l'EAM GeSi hà una larga larghezza di banda elettro-ottica. A Figura 1 (b) hà misuratu u parametru S21 di una sola struttura di prova EAM GeSi utilizendu un analizzatore di cumpunenti ottichi (LCA) di 67 GHz. E Figure 1 (c) è 1 (d) mostranu rispettivamente i spettri di u rapportu d'estinzione statica (ER) à diverse tensioni DC è a trasmissione à una lunghezza d'onda di 1555 nanometri.
Cum'è mostratu in a Figura 1 (e), a caratteristica principale di stu cuncepimentu hè a capacità di supprimà i purtatori ottici aghjustendu u cambiatore di fase integratu in u bracciu mediu. A differenza di fase trà i bracci superiore è inferiore hè π/2, aduprata per a sintonizazione cumplessa, mentre chì a differenza di fase trà u bracciu mediu hè -3 π/4. Sta cunfigurazione permette interferenze distruttive à u purtatore, cum'è mostratu in u pianu cumplessu di a Figura 1 (f).
Cunfigurazione sperimentale è risultati
A cunfigurazione sperimentale à alta velocità hè mostrata in a Figura 2 (a). Un generatore di forme d'onda arbitrarie (Keysight M8194A) hè utilizatu cum'è fonte di signale, è dui amplificatori RF adattati à a fase di 60 GHz (cù T di polarizazione integrati) sò utilizati cum'è driver di modulatore. A tensione di polarizazione di GeSi EAM hè di -2,5 V, è un cavu RF adattatu à a fase hè utilizatu per minimizà a discrepanza di fase elettrica trà i canali I è Q.
Figura 2: (a) Cunfigurazione sperimentale à alta velocità, (b) Soppressione di a portante à 70 Gbaud, (c) Tassa d'errore è velocità di dati, (d) Custellazione à 70 Gbaud. Aduprate un laser à cavità esterna cummerciale (ECL) cù una larghezza di linea di 100 kHz, una lunghezza d'onda di 1555 nm è una putenza di 12 dBm cum'è portante ottica. Dopu a modulazione, u signale otticu hè amplificatu aduprendu unamplificatore di fibra dopatu à l'erbiu(EDFA) per cumpensà e perdite di accoppiamentu in chip è e perdite d'inserzione di u modulatore.
À l'estremità ricevente, un Analizatore di Spettru Otticu (OSA) monitorizza u spettru di u signale è a soppressione di a portante, cum'è mostratu in a Figura 2 (b) per un signale di 70 Gbaud. Aduprate un ricevitore coerente à doppia polarizazione per riceve i signali, chì consiste in un mixer otticu di 90 gradi è quattruFotodiodi bilanciati à 40 GHz, è hè cunnessu à un oscilloscopiu in tempu reale (RTO) di 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A). A seconda fonte ECL cù una larghezza di linea di 100 kHz hè aduprata cum'è oscillatore lucale (LO). A causa di u trasmettitore chì funziona in cundizioni di polarizazione unica, solu dui canali elettronichi sò aduprati per a cunversione analogicu-digitale (ADC). I dati sò registrati nantu à RTO è trattati cù un processore di signali digitale offline (DSP).
Cum'è mostratu in a Figura 2 (c), u modulatore IQ hè statu testatu utilizendu u furmatu di modulazione QPSK da 40 Gbaud à 75 Gbaud. I risultati indicanu chì in cundizioni di 7% di currezzione di l'errore in avanti di decisione dura (HD-FEC), a velocità pò ghjunghje à 140 Gb/s; In cundizioni di 20% di currezzione di l'errore in avanti di decisione dolce (SD-FEC), a velocità pò ghjunghje à 150 Gb/s. U diagramma di custellazione à 70 Gbaud hè mostratu in a Figura 2 (d). U risultatu hè limitatu da a larghezza di banda di l'oscilloscopiu di 33 GHz, chì hè equivalente à una larghezza di banda di signale di circa 66 Gbaud.
Cum'è mostratu in a Figura 2 (b), a struttura à trè bracci pò supprimà efficacemente i purtatori ottici cù una velocità di blanking superiore à 30 dB. Sta struttura ùn richiede micca una suppressione cumpleta di a purtatrice è pò ancu esse aduprata in ricevitori chì necessitanu toni di purtatrice per recuperà i signali, cum'è i ricevitori Kramer Kronig (KK). A purtatrice pò esse aghjustata per mezu di un cambiatore di fase di u bracciu centrale per ottene u rapportu desideratu trà a purtatrice è a banda laterale (CSR).
Vantaghji è Applicazioni
In paragone cù i modulatori tradiziunali di Mach Zehnder (Modulatori MZM) è altri modulatori IQ optoelettronici à basa di siliciu, u modulatore IQ à siliciu prupostu hà parechji vantaghji. Prima di tuttu, hè di dimensioni compatte, più di 10 volte più chjucu di i modulatori IQ basati nantu àModulatori Mach-Zehnder(escludendu i pad di bonding), aumentendu cusì a densità d'integrazione è riducendu l'area di u chip. In segundu locu, u disignu di l'elettrodi impilati ùn richiede micca l'usu di resistenze terminali, riducendu cusì a capacità di u dispositivu è l'energia per bit. In terzu locu, a capacità di soppressione di a portante massimizza a riduzione di a putenza di trasmissione, migliurendu ulteriormente l'efficienza energetica.
Inoltre, a larghezza di banda ottica di GeSi EAM hè assai larga (più di 30 nanometri), eliminendu a necessità di circuiti di cuntrollu di feedback multicanale è processori per stabilizà è sincronizà a risonanza di i modulatori à microonde (MRM), simplificendu cusì u disignu.
Stu modulatore IQ compactu è efficiente hè assai adattatu per i transceiver coerenti di prossima generazione, cù un numeru di canali elevatu è chjuchi in i centri di dati, chì permette una cumunicazione ottica di capacità più elevata è più efficiente in termini di energia.
U modulatore IQ di siliciu cù soppressione di a portante presenta prestazioni eccellenti, cù una velocità di trasmissione di dati finu à 150 Gb/s in cundizioni di 20% SD-FEC. A so struttura compatta à 3 bracci basata annantu à GeSi EAM hà vantaghji significativi in termini di ingombru, efficienza energetica è simplicità di cuncepimentu. Stu modulatore hà a capacità di supprimà o aghjustà a portante ottica è pò esse integratu cù schemi di rilevazione coerente è di rilevazione Kramer Kronig (KK) per transceiver coerenti compatti multilinea. I risultati dimustrati guidanu a realizazione di transceiver ottici altamente integrati è efficienti per risponde à a crescente dumanda di cumunicazione di dati ad alta capacità in i centri dati è altri campi.
Data di publicazione: 21 di ghjennaghju di u 2025