Optoelectronic teann stèidhichte air siliconModaireadair IQairson conaltradh co-leanailteach aig astar luath
Tha an t-iarrtas a tha a’ sìor fhàs airson ìrean tar-chuir dàta nas àirde agus luchd-tar-chuir nas èifeachdaiche a thaobh lùtha ann an ionadan dàta air leasachadh innealan dlùth àrd-choileanaidh a bhrosnachadh.moduladairean optaigeachTha teicneòlas optoelectronic stèidhichte air sileacon (SiPh) air a bhith na àrd-ùrlar gealltanach airson diofar phàirtean fotonaigeach a thoirt a-steach do aon chip, a’ comasachadh fuasglaidhean teann is cosg-èifeachdach. Bidh an t-artaigil seo a’ sgrùdadh moduladair IQ sileacon ùr le casg giùlain stèidhichte air EAMan GeSi, as urrainn obrachadh aig tricead suas ri 75 Gbaud.
Dealbhadh agus feartan an inneil
Tha am moduladair IQ a thathar a’ moladh a’ gabhail ri structar teann trì-ghàirdean, mar a chithear ann am Figear 1 (a). Air a dhèanamh suas de thrì GeSi EAM agus trì gluasadairean ìre teirmeach-optaigeach, a’ gabhail ri rèiteachadh co-chothromach. Tha an solas cuir a-steach ceangailte ris a’ chip tro cheangal grèata (GC) agus air a roinn gu cothromach ann an trì slighean tro eadar-theachdair ioma-mhodh 1 × 3 (MMI). Às deidh dha a dhol tron mhodadair agus an gluasadair ìre, tha an solas air ath-chur còmhla le MMI 1 × 3 eile agus an uairsin air a cheangal ri snàithleach aon-mhodh (SSMF).
Figear 1: (a) Ìomhaigh mhicreascopach de mhodulator IQ; (b) – (d) EO S21, speactram co-mheas cuir às, agus tar-chur aon GeSi EAM; (e) Diagram sgemataig de mhodulator IQ agus an ìre optigeach co-fhreagarrach den ghluasadadair ìre; (f) Riochdachadh casg giùlain air a’ phlèana iom-fhillte. Mar a chithear ann am Figear 1 (b), tha leud-bann electro-optigeach farsaing aig GeSi EAM. Thomhais Figear 1 (b) am paramadair S21 de structar deuchainn GeSi EAM singilte a’ cleachdadh anailisiche co-phàirtean optigeach (LCA) 67 GHz. Tha figearan 1 (c) agus 1 (d) fa leth a’ sealltainn nan speactraman co-mheas cuir às statach (ER) aig diofar bholtaids DC agus an tar-chur aig tonn-fhaid de 1555 nanometers.
Mar a chithear ann am Figear 1 (e), is e prìomh fheart an dealbhaidh seo an comas luchd-giùlain optigeach a chumail fodha le bhith ag atharrachadh an inneal-gluasaid ìre amalaichte anns a’ ghàirdean mheadhanach. Is e π/2 an diofar ìre eadar na gàirdeanan àrda is ìosal, air a chleachdadh airson gleusadh iom-fhillte, agus is e -3 π/4 an diofar ìre eadar a’ ghàirdean mheadhanach. Leigidh an rèiteachadh seo le bacadh millteach don neach-giùlain, mar a chithear ann am plèana iom-fhillte Figear 1 (f).
Suidheachadh deuchainneach agus toraidhean
Tha an suidheachadh deuchainneach aig astar luath air a shealltainn ann am Figear 2 (a). Tha gineadair cruth-tonn neo-riaghailteach (Keysight M8194A) air a chleachdadh mar thùs an t-soidhne, agus tha dà amplifier RF 60 GHz a tha co-ionnan ri ìre (le tees claonadh togte) air an cleachdadh mar dhraibhearan moduladair. Tha bholtadh claonadh GeSi EAM -2.5 V, agus tha càball RF a tha co-ionnan ri ìre air a chleachdadh gus mì-chothromachadh ìre dealain eadar na seanalan I agus Q a lughdachadh.
Figear 2: (a) Suidheachadh deuchainneach aig astar àrd, (b) Casg giùlain aig 70 Gbaud, (c) Ìre mearachd agus ìre dàta, (d) Reul-chruinneachadh aig 70 Gbaud. Cleachd laser cuas taobh a-muigh malairteach (ECL) le leud-loidhne de 100 kHz, tonn-fhaid de 1555 nm, agus cumhachd de 12 dBm mar an giùlan optigeach. Às dèidh modulachadh, tha an comharra optigeach air a mheudachadh le bhith a’ cleachdadhamplifier snàithleach le dopadh erbium(EDFA) gus dìoladh a dhèanamh airson call ceangail air-chip agus call cuir a-steach moduladair.
Aig a’ cheann a gheibh an comharra, bidh Sgrùdaiche Speictream Optaigeach (OSA) a’ cumail sùil air speactram nan comharran agus casg giùlain, mar a chithear ann am Figear 2 (b) airson comharra 70 Gbaud. Cleachd glacadair co-leanailteach dà-phoilearachd gus comharran fhaighinn, anns a bheil measgaiche optaigeach 90 ceum agus ceithir.Foto-diodan cothromach 40 GHz, agus tha e ceangailte ri oscilloscope fìor-ùine (RTO) 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A). Tha an dàrna stòr ECL le leud-loidhne de 100 kHz air a chleachdadh mar oscillator ionadail (LO). Leis gu bheil an tar-chuir ag obair fo chumhachan polarachaidh singilte, chan eil ach dà sheanal dealanach air an cleachdadh airson tionndadh analog-gu-didseatach (ADC). Tha an dàta air a chlàradh air RTO agus air a phròiseasadh le bhith a’ cleachdadh pròiseasar comharran didseatach far-loidhne (DSP).
Mar a chithear ann am Figear 2 (c), chaidh am moduladair IQ a dhearbhadh a’ cleachdadh cruth modulachaidh QPSK bho 40 Gbaud gu 75 Gbaud. Tha na toraidhean a’ sealltainn, fo chumhachan ceartachadh mearachd co-dhùnaidh cruaidh 7% (HD-FEC), gum faod an ìre ruighinn 140 Gb/s; Fo chumha ceartachadh mearachd co-dhùnaidh bog 20% (SD-FEC), faodaidh an astar ruighinn 150 Gb/s. Tha an diagram reul-chruinneachadh aig 70 Gbaud air a shealltainn ann am Figear 2 (d). Tha an toradh air a chuingealachadh le leud-bann an oscilloscop de 33 GHz, a tha co-ionann ri leud-bann comharra de mu 66 Gbaud.
Mar a chithear ann am Figear 2 (b), faodaidh an structar trì-ghàirdean luchd-giùlain optigeach a chumail fodha gu h-èifeachdach le ìre bànachaidh nas àirde na 30 dB. Chan eil feum air casg iomlan air a’ ghiùlan airson an structar seo agus faodar a chleachdadh cuideachd ann an gabhadairean a dh’ fheumas tònaichean giùlain gus comharran fhaighinn air ais, leithid gabhadairean Kramer Kronig (KK). Faodar an giùlan atharrachadh tro inneal-gluasaid ìre gàirdean meadhanach gus an co-mheas giùlain gu còmhlan-taobh (CSR) a tha thu ag iarraidh a choileanadh.
Buannachdan agus Tagraidhean
An coimeas ri moduladairean Mach Zehnder traidiseanta (Modalan MZM) agus moduladairean IQ optoelectronic eile stèidhichte air silicon, tha grunn bhuannachdan aig a’ moduladair IQ silicon a thathar a’ moladh. An toiseach, tha e beag ann am meud, còrr is 10 tursan nas lugha na moduladairean IQ stèidhichte airModuladairean Mach Zehnder(ach a-mhàin padaichean ceangail), agus mar sin a’ meudachadh dùmhlachd amalachaidh agus a’ lughdachadh farsaingeachd sliseagan. San dàrna àite, chan eil feum air resistors crìochnachaidh a chleachdadh airson dealbhadh nan electrodan cruachta, agus mar sin a’ lughdachadh comas an inneil agus lùth gach bit. San treas àite, bidh comas casg giùlain a’ meudachadh lughdachadh cumhachd tar-chuir, a’ leasachadh èifeachdas lùtha tuilleadh.
A bharrachd air an sin, tha leud-bann optaigeach GeSi EAM glè leathann (còrr air 30 nanometers), a’ cur às don fheum air cuairtean smachd fios-air-ais ioma-sianal agus pròiseasairean gus ath-shonnrachadh moduladairean meanbh-thonn (MRMs) a dhèanamh seasmhach agus a shioncronachadh, agus mar sin a’ sìmpleachadh an dealbhaidh.
Tha am moduladair IQ teann is èifeachdach seo gu math freagarrach airson an ath ghinealach, àireamh mhòr de shianalan, agus luchd-tar-chuir beaga co-leanailteach ann an ionadan dàta, a’ comasachadh conaltradh optigeach nas motha agus nas èifeachdaiche a thaobh lùtha.
Tha coileanadh sàr-mhath aig a’ mhodulator silicon IQ le bacadh giùlain, le ìre tar-chuir dàta suas ri 150 Gb/s fo chumhachan 20% SD-FEC. Tha buannachdan mòra aig an structar teann 3-ghàirdean aige stèidhichte air GeSi EAM a thaobh lorg-coise, èifeachdas lùtha, agus sìmplidheachd dealbhaidh. Tha comas aig a’ mhodulator seo an giùlan optigeach a chumail fodha no atharrachadh agus faodar a thoirt a-steach le sgeamaichean lorg co-leanailteach agus lorg Kramer Kronig (KK) airson tar-chuirichean co-leanailteach teann ioma-loidhne. Tha na coileanaidhean a chaidh a dhearbhadh a’ stiùireadh coileanadh tar-chuirichean optigeach làn-aonaichte agus èifeachdach gus coinneachadh ris an iarrtas a tha a’ sìor fhàs airson conaltradh dàta àrd-chomasach ann an ionadan dàta agus raointean eile.
Àm puist: 21 Faoilleach 2025