برای ارتباطات منسجم با سرعت بالا تنظیم کننده ضریب هوشی مبتنی بر سیلیکون مبتنی بر سیلیکون

نوری مبتنی بر سیلیکون مبتنی بر سیلیکونتعدیل کننده ضریب هوشیبرای ارتباطات منسجم پر سرعت
تقاضای روزافزون برای نرخ انتقال داده بالاتر و فرستنده های بیشتر با انرژی در مراکز داده ، توسعه با کارایی بالا را برانگیخته استتعدیل کننده های نوریبشر فناوری نوری مبتنی بر سیلیکون (SIPH) به یک بستر امیدوار کننده برای ادغام اجزای مختلف فوتونیک بر روی یک تراشه واحد تبدیل شده است و راه حل های جمع و جور و مقرون به صرفه را قادر می سازد. در این مقاله به بررسی یک تعدیل کننده ضریب هوشی سیلیکون سرکوب شده بر اساس EAMS GESI ، که می تواند با فرکانس حداکثر 75 GBAUD عمل کند ، بررسی می شود.
طراحی و ویژگی های دستگاه
تعدیل کننده IQ پیشنهادی یک ساختار سه بازوی جمع و جور را اتخاذ می کند ، همانطور که در شکل 1 (a) نشان داده شده است. متشکل از سه GESI EAM و سه شیفت فاز نوری ترمو ، اتخاذ یک پیکربندی متقارن. چراغ ورودی از طریق یک کوپلر توری (GC) به تراشه همراه می شود و به طور مساوی از طریق تداخل سنجی چند حالته 1 × 3 (MMI) به سه مسیر تقسیم می شود. پس از عبور از تعدیل کننده و تغییر فاز ، نور توسط 1 × 3 میلی متر دیگر نوترکیب می شود و سپس به یک فیبر تک حالت (SSMF) همراه می شود.

شکل 1: (الف) تصویر میکروسکوپی از تعدیل کننده IQ ؛ (B) - (D) EO S21 ، طیف نسبت انقراض و انتقال یک GESI EAM واحد. (ه) نمودار شماتیک تعدیل کننده ضریب هوشی و فاز نوری مربوطه از تغییر فاز. (f) بازنمایی سرکوب حامل در صفحه پیچیده. همانطور که در شکل 1 (b) نشان داده شده است ، Gesi EAM پهنای باند الکترو نوری گسترده ای دارد. شکل 1 (b) پارامتر S21 یک ساختار تست EAM GESI را با استفاده از یک آنالایزر مؤلفه نوری 67 گیگاهرتز (LCA) اندازه گیری کرد. شکل 1 (c) و 1 (d) به ترتیب طیف نسبت انقراض استاتیک (ER) را در ولتاژهای مختلف DC و انتقال در طول موج 1555 نانومتر نشان می دهد.
همانطور که در شکل 1 (e) نشان داده شده است ، ویژگی اصلی این طرح ، امکان سرکوب حامل های نوری با تنظیم شیفت فاز یکپارچه در بازوی میانی است. اختلاف فاز بین بازوهای بالا و پایین π/2 است که برای تنظیم پیچیده استفاده می شود ، در حالی که اختلاف فاز بین بازوی میانی -3 π/4 است. این پیکربندی امکان تداخل مخرب در حامل را فراهم می کند ، همانطور که در صفحه پیچیده شکل 1 (F) نشان داده شده است.
راه اندازی و نتایج آزمایشی
تنظیم آزمایشی با سرعت بالا در شکل 2 (a) نشان داده شده است. یک ژنراتور شکل موج دلخواه (Keysight M8194A) به عنوان منبع سیگنال استفاده می شود و دو تقویت کننده RF همسان فاز 60 گیگاهرتز (با TEE های تعصب یکپارچه) به عنوان محرک تعدیل کننده استفاده می شود. ولتاژ تعصب Gesi EAM -2.5 ولت است و از کابل RF همسان فاز برای به حداقل رساندن عدم تطابق فاز الکتریکی بین کانال های I و Q استفاده می شود.
شکل 2: (الف) تنظیم آزمایشی با سرعت بالا ، (ب) سرکوب حامل در 70 Gbaud ، (ج) نرخ خطا و نرخ داده ، (د) صورت فلکی در 70 GBAUD. از یک لیزر حفره خارجی تجاری (ECL) با عرض خط 100 کیلوهرتز ، طول موج 1555 نانومتر و قدرت 12 dBm به عنوان حامل نوری استفاده کنید. پس از مدولاسیون ، سیگنال نوری با استفاده از یک تقویت می شودتقویت کننده فیبر دوپ شده erbium(EDFA) برای جبران خسارات جفت روی تراشه و تلفات درج تعدیل کننده.
در انتهای دریافت ، یک آنالایزر طیف نوری (OSA) طیف سیگنال و سرکوب حامل را کنترل می کند ، همانطور که در شکل 2 (b) برای یک سیگنال 70 GBAUD نشان داده شده است. برای دریافت سیگنال از یک گیرنده منسجم دو قطبی دوگانه استفاده کنید ، که شامل یک میکسر نوری 90 درجه و چهار استفوتودیودهای متعادل 40 گیگاهرتز، و به اسیلوسکوپ در زمان واقعی 33 گیگاهرتز ، 80 گرم در ثانیه (RTO) (Keysight DSOZ634A) وصل شده است. منبع دوم ECL با پهنای خط 100 کیلوهرتز به عنوان نوسان ساز محلی (LO) استفاده می شود. با توجه به فرستنده که در شرایط قطبی سازی منفرد کار می کند ، فقط دو کانال الکترونیکی برای تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC) استفاده می شود. داده ها بر روی RTO ثبت شده و با استفاده از یک پردازنده سیگنال دیجیتال آفلاین (DSP) پردازش می شوند.
همانطور که در شکل 2 (c) نشان داده شده است ، تعدیل کننده ضریب هوشی با استفاده از قالب مدولاسیون QPSK از 40 GBAUD به 75 GBAUD مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که تحت 7 ٪ تصمیم گیری سخت تصحیح خطای پیش رو (HD-FEC) ، نرخ می تواند به 140 گیگابایت بر ثانیه برسد. تحت شرط 20 ٪ تصمیم نرم تصحیح خطای رو به جلو (SD-FEC) ، سرعت می تواند به 150 گیگابایت بر ثانیه برسد. نمودار صورت فلکی در 70 GBAUD در شکل 2 (d) نشان داده شده است. نتیجه با پهنای باند اسیلوسکوپ 33 گیگاهرتز محدود است ، که معادل پهنای باند سیگنال تقریباً 66 GBAUD است.

همانطور که در شکل 2 (b) نشان داده شده است ، ساختار سه بازو می تواند به طور موثری حامل های نوری را با نرخ خالی بیش از 30 دسی بل سرکوب کند. این ساختار نیازی به سرکوب کامل حامل ندارد و همچنین می تواند در گیرنده هایی که برای بازیابی سیگنال ها نیاز به صدای حامل دارند ، مانند گیرنده های کرامر کرونگ (KK) استفاده شود. حامل را می توان از طریق یک تغییر دهنده فاز بازوی مرکزی تنظیم کرد تا حامل مورد نظر به نسبت باند جانبی (CSR) برسد.
مزایا و برنامه های کاربردی
در مقایسه با تعدیل کننده های سنتی ماچ Zehnder (تعدیل کننده های MZM) و سایر تعدیل کننده های IQ OptoElectronic مبتنی بر سیلیکون ، تعدیل کننده IQ Silicon IQ دارای مزایای متعدد است. در مرحله اول ، از نظر اندازه جمع و جور است ، بیش از 10 برابر کوچکتر از تعدیل کننده های ضریب هوشی بر اساستعدیل کننده های Mach Zehnder(به استثنای لنت های پیوند) ، در نتیجه افزایش چگالی ادغام و کاهش سطح تراشه. ثانیا ، طراحی الکترود انباشته نیازی به استفاده از مقاومتهای ترمینال ندارد ، در نتیجه ظرفیت و انرژی دستگاه را در هر بیت کاهش می دهد. ثالثاً ، قابلیت سرکوب حامل کاهش قدرت انتقال را به حداکثر می رساند و باعث افزایش بیشتر بهره وری انرژی می شود.
علاوه بر این ، پهنای باند نوری GESI EAM بسیار گسترده است (بیش از 30 نانومتر) ، و نیاز به مدارها و پردازنده های کنترل بازخورد چند کانال را برای تثبیت و همگام سازی رزونانس تعدیل کننده های مایکروویو (MRMS) از بین می برد و از این طریق طراحی را ساده می کند.
این تعدیل کننده ضریب هوشی جمع و جور و کارآمد برای نسل بعدی ، تعداد کانال های بالا و فرستنده های منسجم کوچک در مراکز داده بسیار مناسب است و باعث می شود ظرفیت بالاتر و ارتباط نوری با کارآیی بیشتر باشد.
این حامل سرکوب شده Silicon IQ Modulator عملکرد بسیار خوبی را نشان می دهد ، با میزان انتقال داده تا 150 گیگابایت در ثانیه در شرایط 20 ٪ SD-FEC. ساختار 3 بازوی جمع و جور آن بر اساس GESI EAM از نظر ردپای ، بهره وری انرژی و سادگی طراحی دارای مزایای قابل توجهی است. این تعدیل کننده توانایی سرکوب یا تنظیم حامل نوری را دارد و می تواند با تشخیص منسجم و طرح های تشخیص کرامر Kronig (KK) برای فرستنده های منسجم فشرده چند خطی یکپارچه شود. دستاوردهای نشان داده شده ، تحقق فرستنده نوری بسیار یکپارچه و کارآمد را برای برآورده کردن تقاضای فزاینده برای ارتباطات داده با ظرفیت بالا در مراکز داده و سایر زمینه ها سوق می دهد.