สำหรับการสื่อสารที่เชื่อมโยงกันด้วยความเร็วสูง

Optoelectronic ที่ใช้ซิลิกอนขนาดกะทัดรัดIQ Modulatorสำหรับการสื่อสารที่สอดคล้องกันความเร็วสูง
ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและเครื่องรับส่งสัญญาณที่ประหยัดพลังงานมากขึ้นในศูนย์ข้อมูลได้ผลักดันการพัฒนาประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัดตัวปรับแสง- เทคโนโลยี Optoelectronic ที่ใช้ซิลิคอน (SIPH) ได้กลายเป็นแพลตฟอร์มที่มีแนวโน้มสำหรับการรวมส่วนประกอบโทนิคต่างๆลงในชิปเดียวทำให้สามารถใช้โซลูชันขนาดกะทัดรัดและประหยัดค่าใช้จ่ายได้ บทความนี้จะสำรวจผู้ให้บริการใหม่ที่ถูกระงับการมอดูเลต IQ ของซิลิคอนโดยใช้ GESI EAM ซึ่งสามารถทำงานได้ที่ความถี่สูงถึง 75 GBAUD
การออกแบบอุปกรณ์และลักษณะ
โมดูเลเตอร์ IQ ที่เสนอใช้โครงสร้างแขนสามขนาดกะทัดรัดดังแสดงในรูปที่ 1 (a) ประกอบด้วยสาม GESI EAM และ Thermo Optical Phase Shifters สามตัวใช้การกำหนดค่าสมมาตร แสงอินพุตจะถูกรวมเข้ากับชิปผ่านทางตะแกรง (GC) และแบ่งออกเป็นสามเส้นทางผ่านเครื่องวัดระยะทาง 1 × 3 (MMI) หลังจากผ่านตัวโมดูเลเตอร์และตัวเปลี่ยนเฟสแสงจะถูกรวมเข้าด้วยกันอีก 1 × 3 mmi จากนั้นเชื่อมต่อกับเส้นใยโหมดเดียว (SSMF)

รูปที่ 1: (a) ภาพกล้องจุลทรรศน์ของตัวดัดแปลง IQ; (b) - (d) EO S21, สเปกตรัมการสูญพันธุ์และการส่งผ่านของ GESI EAM เดียว; (e) แผนผังไดอะแกรมของโมดูเลเตอร์ IQ และเฟสออปติคัลที่สอดคล้องกันของเฟส shifter; (f) การเป็นตัวแทนการปราบปรามของผู้ให้บริการบนระนาบที่ซับซ้อน ดังที่แสดงในรูปที่ 1 (b) Gesi Eam มีแบนด์วิดท์ไฟฟ้าออปติกกว้าง รูปที่ 1 (b) วัดพารามิเตอร์ S21 ของโครงสร้างการทดสอบ GESI EAM เดี่ยวโดยใช้ตัววิเคราะห์องค์ประกอบแสง 67 GHz (LCA) รูปที่ 1 (c) และ 1 (d) ตามลำดับแสดงถึงสเปคตรัมการสูญพันธุ์แบบคงที่ (ER) ที่แรงดันไฟฟ้า DC ที่แตกต่างกันและการส่งสัญญาณที่ความยาวคลื่น 1555 นาโนเมตร
ดังที่แสดงในรูปที่ 1 (e) คุณลักษณะหลักของการออกแบบนี้คือความสามารถในการยับยั้งผู้ให้บริการแสงโดยการปรับเปลี่ยนเฟสแบบรวมในแขนกลาง ความแตกต่างของเฟสระหว่างแขนด้านบนและล่างคือπ/2 ใช้สำหรับการปรับแต่งที่ซับซ้อนในขณะที่ความแตกต่างของเฟสระหว่างแขนกลางคือ -3 π/4 การกำหนดค่านี้ช่วยให้การรบกวนการทำลายล้างกับผู้ให้บริการดังที่แสดงในระนาบที่ซับซ้อนของรูปที่ 1 (f)
การตั้งค่าและผลลัพธ์การทดลอง
การตั้งค่าการทดลองความเร็วสูงแสดงในรูปที่ 2 (a) ใช้เครื่องกำเนิดคลื่นตามอำเภอใจ (Keysight M8194A) เป็นแหล่งสัญญาณและแอมพลิฟายเออร์ RF ที่ตรงกับเฟส 60 GHz สองตัว แรงดันอคติของ Gesi EAM คือ -2.5 V และสายเคเบิล RF ที่จับคู่เฟสใช้เพื่อลดความไม่ตรงกันของเฟสไฟฟ้าระหว่างช่อง I และ Q
รูปที่ 2: (a) การตั้งค่าการทดลองความเร็วสูง, (b) การปราบปรามผู้ให้บริการที่ 70 GBAUD, (c) อัตราความผิดพลาดและอัตราข้อมูล, (d) กลุ่มดาวที่ 70 GBAUD ใช้เลเซอร์ภายนอกเชิงพาณิชย์ (ECL) ที่มี linewidth 100 kHz ความยาวคลื่น 1555 นาโนเมตรและกำลัง 12 dBm เป็นผู้ให้บริการทางแสง หลังจากการมอดูเลตสัญญาณออปติคัลจะถูกขยายโดยใช้ไฟล์แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ที่เจือด้วย Erbium(EDFA) เพื่อชดเชยการสูญเสียการมีเพศสัมพันธ์บนชิปและการสูญเสียการแทรกแบบโมดูเลเตอร์
ในตอนท้ายที่ได้รับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมออพติคอล (OSA) ตรวจสอบสเปกตรัมสัญญาณและการปราบปรามของผู้ให้บริการดังแสดงในรูปที่ 2 (b) สำหรับสัญญาณ 70 GBAUD ใช้ตัวรับสัญญาณแบบคู่ที่เชื่อมโยงกันแบบคู่เพื่อรับสัญญาณซึ่งประกอบด้วยมิกเซอร์ออปติคัล 90 องศาและสี่ตัวโฟโตไดโอดที่สมดุล 40 GHzและเชื่อมต่อกับ 33 GHz, 80 gsa/s ออสซิลโลสโคปแบบเรียลไทม์ (RTO) (Keysight DSOZ634A) แหล่ง ECL ที่สองที่มี linewidth 100 kHz ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น (LO) เนื่องจากการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณภายใต้เงื่อนไขโพลาไรเซชันเดี่ยวมีเพียงสองช่องทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับการแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) ข้อมูลจะถูกบันทึกไว้ใน RTO และประมวลผลโดยใช้ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอลออฟไลน์ (DSP)
ดังที่แสดงในรูปที่ 2 (c) โมดูเลเตอร์ IQ ได้รับการทดสอบโดยใช้รูปแบบการมอดูเลต QPSK จาก 40 GBAUD ถึง 75 GBAUD ผลการวิจัยพบว่าภายใต้เงื่อนไขการแก้ไขข้อผิดพลาดในการแก้ไขข้อผิดพลาด (HD-FEC) ภายใต้ 7% อัตราสามารถถึง 140 GB/s; ภายใต้เงื่อนไขของการแก้ไขข้อผิดพลาดการตัดสินใจไปข้างหน้าอย่างนุ่มนวล 20% (SD-FEC) ความเร็วสามารถถึง 150 GB/s แผนภาพกลุ่มดาวที่ 70 GBAUD แสดงในรูปที่ 2 (d) ผลลัพธ์ถูก จำกัด ด้วยแบนด์วิดท์ออสซิลโลสโคปที่ 33 GHz ซึ่งเทียบเท่ากับแบนด์วิดท์สัญญาณประมาณ 66 GBAUD

ดังที่แสดงในรูปที่ 2 (b) โครงสร้างแขนทั้งสามสามารถยับยั้งผู้ให้บริการออพติคอลได้อย่างมีประสิทธิภาพที่มีอัตราการพุ่งสูงกว่า 30 เดซิเบล โครงสร้างนี้ไม่จำเป็นต้องมีการปราบปรามที่สมบูรณ์ของผู้ให้บริการและยังสามารถใช้ในตัวรับสัญญาณที่ต้องการโทนเสียงของผู้ให้บริการเพื่อกู้คืนสัญญาณเช่นตัวรับ Kramer Kronig (KK) ผู้ให้บริการสามารถปรับได้ผ่านตัวเปลี่ยนเฟสแขนกลางเพื่อให้ได้ผู้ให้บริการที่ต้องการต่ออัตราส่วน sideband (CSR)
ข้อดีและแอปพลิเคชัน
เมื่อเทียบกับโมดูเลเตอร์ Mach Mach Zehnder แบบดั้งเดิม (MZM Modulators) และตัวดัดแปลง Optoelectronic IQ ที่ใช้ซิลิกอนอื่น ๆ โมดูเลเตอร์ IQ IQ ที่เสนอมีข้อดีหลายประการ ประการแรกมันมีขนาดกะทัดรัดน้อยกว่าตัวปรับ IQ มากกว่า 10 เท่าตามMach Zehnder Modulators(ไม่รวมแผ่นยึดพันธะ) ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความหนาแน่นของการรวมและลดพื้นที่ชิป ประการที่สองการออกแบบอิเล็กโทรดแบบซ้อนไม่จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานเทอร์มินัลซึ่งจะช่วยลดความจุของอุปกรณ์และพลังงานต่อบิต ประการที่สามความสามารถในการปราบปรามของผู้ให้บริการช่วยลดกำลังการส่งกำลังสูงสุดเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
นอกจากนี้แบนด์วิดธ์ออปติคัลของ Gesi Eam นั้นกว้างมาก (มากกว่า 30 นาโนเมตร) ไม่จำเป็นต้องใช้วงจรควบคุมข้อเสนอแนะหลายช่องทางและโปรเซสเซอร์เพื่อทำให้เสถียรและซิงโครไนซ์การสั่นพ้องของตัวปรับไมโครเวฟ (MRMS) ซึ่งทำให้การออกแบบง่ายขึ้น
เครื่องมอดูเลเตอร์ IQ ขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับรุ่นต่อไปการนับช่องสูงและตัวรับส่งสัญญาณที่เชื่อมโยงกันขนาดเล็กในศูนย์ข้อมูลทำให้สามารถเพิ่มกำลังการผลิตที่สูงขึ้นและการสื่อสารด้วยแสงที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น
ผู้ให้บริการระงับซิลิกอนไอคิวโมดูเลเตอร์แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมโดยมีอัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 150 GB/s ภายใต้เงื่อนไข SD-FEC 20% โครงสร้าง 3 แขนขนาดกะทัดรัดตาม GESI EAM มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของรอยเท้าประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความเรียบง่ายในการออกแบบ โมดูเลเตอร์นี้มีความสามารถในการปราบปรามหรือปรับผู้ให้บริการออปติคัลและสามารถรวมเข้ากับการตรวจจับที่สอดคล้องกันและรูปแบบการตรวจจับ Kramer Kronig (KK) สำหรับตัวรับส่งสัญญาณที่เชื่อมโยงกันหลายเส้น ความสำเร็จที่แสดงให้เห็นถึงการทำให้เกิดการตระหนักถึงตัวรับส่งสัญญาณแบบออพติคอลแบบบูรณาการและมีประสิทธิภาพสูงเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการสื่อสารข้อมูลความจุสูงในศูนย์ข้อมูลและสาขาอื่น ๆ