హై-స్పీడ్ కోహెరెంట్ కమ్యూనికేషన్ కాంపాక్ట్ సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ IQ మాడ్యులేటర్ కోసం

కాంపాక్ట్ సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్IQ మాడ్యులేటర్హై-స్పీడ్ పొందికైన కమ్యూనికేషన్ కోసం
అధిక డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేట్లు మరియు డేటా సెంటర్‌లలో మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్ కాంపాక్ట్ హై-పెర్ఫార్మెన్స్ అభివృద్ధికి దారితీసిందిఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లు. సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ (SiPh) వివిధ ఫోటోనిక్ భాగాలను ఒకే చిప్‌లో ఏకీకృతం చేయడానికి, కాంపాక్ట్ మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన పరిష్కారాలను ప్రారంభించేందుకు ఒక మంచి వేదికగా మారింది. ఈ కథనం GeSi EAMల ఆధారంగా 75 Gbaud వరకు ఫ్రీక్వెన్సీతో పనిచేయగల నవల క్యారియర్ సప్రెస్డ్ సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్‌ను అన్వేషిస్తుంది.
పరికర రూపకల్పన మరియు లక్షణాలు
ప్రతిపాదిత IQ మాడ్యులేటర్ మూర్తి 1 (a)లో చూపిన విధంగా ఒక కాంపాక్ట్ త్రీ ఆర్మ్ స్ట్రక్చర్‌ను అవలంబిస్తుంది. మూడు GeSi EAM మరియు మూడు థర్మో ఆప్టికల్ ఫేజ్ షిఫ్టర్‌లతో కూడినది, ఒక సుష్ట కాన్ఫిగరేషన్‌ను స్వీకరించడం. ఇన్‌పుట్ లైట్ గ్రేటింగ్ కప్లర్ (GC) ద్వారా చిప్‌లోకి జతచేయబడుతుంది మరియు 1×3 మల్టీమోడ్ ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్ (MMI) ద్వారా మూడు పాత్‌లుగా సమానంగా విభజించబడింది. మాడ్యులేటర్ మరియు ఫేజ్ షిఫ్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, కాంతి మరొక 1×3 MMI ద్వారా తిరిగి కలపబడుతుంది మరియు తర్వాత సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ (SSMF)తో జతచేయబడుతుంది.

మూర్తి 1: (a) IQ మాడ్యులేటర్ యొక్క మైక్రోస్కోపిక్ ఇమేజ్; (బి) - (డి) EO S21, విలుప్త నిష్పత్తి స్పెక్ట్రం మరియు ఒకే GeSi EAM యొక్క ప్రసారం; (ఇ) IQ మాడ్యులేటర్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం మరియు ఫేజ్ షిఫ్టర్ యొక్క సంబంధిత ఆప్టికల్ దశ; (ఎఫ్) కాంప్లెక్స్ ప్లేన్‌లో క్యారియర్ అణచివేత ప్రాతినిధ్యం. మూర్తి 1 (బి)లో చూపినట్లుగా, GeSi EAM విస్తృత ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను కలిగి ఉంది. మూర్తి 1 (బి) 67 GHz ఆప్టికల్ కాంపోనెంట్ ఎనలైజర్ (LCA)ని ఉపయోగించి ఒకే GeSi EAM పరీక్ష నిర్మాణం యొక్క S21 పరామితిని కొలుస్తుంది. గణాంకాలు 1 (c) మరియు 1 (d) వరుసగా వివిధ DC వోల్టేజీల వద్ద స్టాటిక్ ఎక్స్‌టింక్షన్ రేషియో (ER) స్పెక్ట్రాను మరియు 1555 నానోమీటర్ల తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద ప్రసారాన్ని వర్ణిస్తాయి.
మూర్తి 1 (ఇ)లో చూపినట్లుగా, ఈ డిజైన్ యొక్క ప్రధాన లక్షణం మధ్య చేయిలో ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫేజ్ షిఫ్టర్‌ను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ఆప్టికల్ క్యారియర్‌లను అణచివేయగల సామర్థ్యం. ఎగువ మరియు దిగువ చేతుల మధ్య దశ వ్యత్యాసం π/2, సంక్లిష్ట ట్యూనింగ్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది, అయితే మధ్య చేయి మధ్య దశ వ్యత్యాసం -3 π/4. ఈ కాన్ఫిగరేషన్ క్యారియర్‌కు విధ్వంసక జోక్యాన్ని అనుమతిస్తుంది, ఇది మూర్తి 1 (ఎఫ్) యొక్క సంక్లిష్ట విమానంలో చూపబడింది.
ప్రయోగాత్మక సెటప్ మరియు ఫలితాలు
హై-స్పీడ్ ప్రయోగాత్మక సెటప్ మూర్తి 2 (a)లో చూపబడింది. ఒక ఏకపక్ష వేవ్‌ఫార్మ్ జనరేటర్ (కీసైట్ M8194A) సిగ్నల్ మూలంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు రెండు 60 GHz దశ సరిపోలిన RF యాంప్లిఫైయర్‌లు (ఇంటిగ్రేటెడ్ బయాస్ టీస్‌తో) మాడ్యులేటర్ డ్రైవర్‌లుగా ఉపయోగించబడతాయి. GeSi EAM యొక్క బయాస్ వోల్టేజ్ -2.5 V, మరియు I మరియు Q ఛానెల్‌ల మధ్య ఎలక్ట్రికల్ ఫేజ్ అసమతుల్యతను తగ్గించడానికి ఒక దశ సరిపోలిన RF కేబుల్ ఉపయోగించబడుతుంది.
చిత్రం 2: (a) హై స్పీడ్ ప్రయోగాత్మక సెటప్, (b) 70 Gbaud వద్ద క్యారియర్ సప్రెషన్, (c) ఎర్రర్ రేట్ మరియు డేటా రేట్, (d) 70 Gbaud వద్ద కాన్స్టెలేషన్. 100 kHz లైన్‌విడ్త్, 1555 nm తరంగదైర్ఘ్యం మరియు ఆప్టికల్ క్యారియర్‌గా 12 dBm పవర్‌తో వాణిజ్య బాహ్య కేవిటీ లేజర్ (ECL)ని ఉపయోగించండి. మాడ్యులేషన్ తర్వాత, ఆప్టికల్ సిగ్నల్ ఒక ఉపయోగించి విస్తరించబడుతుందిerbium-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్(EDFA) ఆన్-చిప్ కప్లింగ్ నష్టాలు మరియు మాడ్యులేటర్ చొప్పించే నష్టాలను భర్తీ చేయడానికి.
స్వీకరించే ముగింపులో, 70 Gbaud సిగ్నల్ కోసం మూర్తి 2 (b)లో చూపిన విధంగా, ఆప్టికల్ స్పెక్ట్రమ్ ఎనలైజర్ (OSA) సిగ్నల్ స్పెక్ట్రమ్ మరియు క్యారియర్ సప్రెషన్‌ను పర్యవేక్షిస్తుంది. సిగ్నల్‌లను స్వీకరించడానికి డ్యూయల్ పోలరైజేషన్ కోహెరెంట్ రిసీవర్‌ని ఉపయోగించండి, ఇందులో 90 డిగ్రీల ఆప్టికల్ మిక్సర్ మరియు నాలుగు ఉంటాయి40 GHz సమతుల్య ఫోటోడియోడ్‌లు, మరియు 33 GHz, 80 GSa/s రియల్ టైమ్ ఓసిల్లోస్కోప్ (RTO) (కీసైట్ DSOZ634A)కి కనెక్ట్ చేయబడింది. 100 kHz లైన్‌విడ్త్‌తో రెండవ ECL మూలం స్థానిక ఓసిలేటర్ (LO)గా ఉపయోగించబడుతుంది. సింగిల్ పోలరైజేషన్ పరిస్థితుల్లో ట్రాన్స్‌మిటర్ పనిచేస్తున్నందున, అనలాగ్-టు-డిజిటల్ మార్పిడి (ADC) కోసం రెండు ఎలక్ట్రానిక్ ఛానెల్‌లు మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి. డేటా RTOలో రికార్డ్ చేయబడుతుంది మరియు ఆఫ్‌లైన్ డిజిటల్ సిగ్నల్ ప్రాసెసర్ (DSP)ని ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది.
మూర్తి 2 (సి)లో చూపినట్లుగా, IQ మాడ్యులేటర్ 40 Gbaud నుండి 75 Gbaud వరకు QPSK మాడ్యులేషన్ ఆకృతిని ఉపయోగించి పరీక్షించబడింది. 7% హార్డ్ డెసిషన్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (HD-FEC) పరిస్థితులలో, రేటు 140 Gb/sకి చేరుకోవచ్చని ఫలితాలు సూచిస్తున్నాయి; 20% సాఫ్ట్ డెసిషన్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (SD-FEC) షరతు ప్రకారం, వేగం 150 Gb/sకి చేరుకుంటుంది. 70 Gbaud వద్ద ఉన్న కాన్స్టెలేషన్ రేఖాచిత్రం మూర్తి 2 (d)లో చూపబడింది. ఫలితం 33 GHz యొక్క ఓసిల్లోస్కోప్ బ్యాండ్‌విడ్త్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, ఇది దాదాపు 66 Gbaud సిగ్నల్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు సమానం.

మూర్తి 2 (బి)లో చూపినట్లుగా, మూడు ఆర్మ్ స్ట్రక్చర్ 30 డిబి కంటే ఎక్కువ ఖాళీ రేటుతో ఆప్టికల్ క్యారియర్‌లను సమర్థవంతంగా అణచివేయగలదు. ఈ నిర్మాణానికి క్యారియర్ యొక్క పూర్తి అణచివేత అవసరం లేదు మరియు క్రామెర్ క్రోనిగ్ (కెకె) రిసీవర్‌ల వంటి సిగ్నల్‌లను పునరుద్ధరించడానికి క్యారియర్ టోన్‌లు అవసరమయ్యే రిసీవర్‌లలో కూడా ఉపయోగించవచ్చు. సైడ్‌బ్యాండ్ నిష్పత్తి (CSR)కి కావలసిన క్యారియర్‌ను సాధించడానికి క్యారియర్‌ను సెంట్రల్ ఆర్మ్ ఫేజ్ షిఫ్టర్ ద్వారా సర్దుబాటు చేయవచ్చు.
ప్రయోజనాలు మరియు అప్లికేషన్లు
సాంప్రదాయ Mach Zehnder మాడ్యులేటర్లతో పోలిస్తే (MZM మాడ్యులేటర్లు) మరియు ఇతర సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ IQ మాడ్యులేటర్లు, ప్రతిపాదిత సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్ బహుళ ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. మొదట, ఇది పరిమాణంలో కాంపాక్ట్, ఆధారంగా IQ మాడ్యులేటర్ల కంటే 10 రెట్లు చిన్నదిమాక్ జెహెండర్ మాడ్యులేటర్లు(బంధన ప్యాడ్‌లను మినహాయించి), తద్వారా ఏకీకరణ సాంద్రత పెరుగుతుంది మరియు చిప్ ప్రాంతం తగ్గుతుంది. రెండవది, పేర్చబడిన ఎలక్ట్రోడ్ రూపకల్పనకు టెర్మినల్ రెసిస్టర్‌ల ఉపయోగం అవసరం లేదు, తద్వారా పరికరం కెపాసిటెన్స్ మరియు బిట్‌కు శక్తిని తగ్గిస్తుంది. మూడవదిగా, క్యారియర్ అణచివేత సామర్ధ్యం ట్రాన్స్మిషన్ పవర్ యొక్క తగ్గింపును పెంచుతుంది, శక్తి సామర్థ్యాన్ని మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.
అదనంగా, GeSi EAM యొక్క ఆప్టికల్ బ్యాండ్‌విడ్త్ చాలా విస్తృతమైనది (30 నానోమీటర్‌లకు పైగా), మైక్రోవేవ్ మాడ్యులేటర్‌ల (MRMలు) యొక్క ప్రతిధ్వనిని స్థిరీకరించడానికి మరియు సమకాలీకరించడానికి బహుళ-ఛానల్ ఫీడ్‌బ్యాక్ కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌లు మరియు ప్రాసెసర్‌ల అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది, తద్వారా డిజైన్‌ను సులభతరం చేస్తుంది.
ఈ కాంపాక్ట్ మరియు సమర్థవంతమైన IQ మాడ్యులేటర్ తదుపరి తరం, అధిక ఛానెల్ కౌంట్ మరియు డేటా సెంటర్‌లలోని చిన్న కోహెరెంట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లకు అత్యంత అనుకూలంగా ఉంటుంది, అధిక సామర్థ్యం మరియు మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్‌ను అనుమతిస్తుంది.
క్యారియర్ సప్రెస్డ్ సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్ 20% SD-FEC పరిస్థితులలో 150 Gb/s వరకు డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేటుతో అద్భుతమైన పనితీరును ప్రదర్శిస్తుంది. GeSi EAM ఆధారంగా దాని కాంపాక్ట్ 3-ఆర్మ్ నిర్మాణం పాదముద్ర, శక్తి సామర్థ్యం మరియు డిజైన్ సరళత పరంగా గణనీయమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. ఈ మాడ్యులేటర్ ఆప్టికల్ క్యారియర్‌ను అణచివేయగల లేదా సర్దుబాటు చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది మరియు మల్టీ లైన్ కాంపాక్ట్ కోహెరెంట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల కోసం కోహెరెంట్ డిటెక్షన్ మరియు క్రామెర్ క్రోనిగ్ (కెకె) డిటెక్షన్ స్కీమ్‌లతో అనుసంధానించబడుతుంది. డేటా సెంటర్‌లు మరియు ఇతర రంగాలలో అధిక సామర్థ్యం గల డేటా కమ్యూనికేషన్ కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్‌ను తీర్చడానికి ప్రదర్శించిన విజయాలు అత్యంత సమగ్రమైన మరియు సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల యొక్క సాక్షాత్కారానికి దారితీస్తాయి.