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

కాంపాక్ట్ సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్IQ మాడ్యులేటర్అధిక-వేగవంతమైన స్థిరమైన కమ్యూనికేషన్ కోసం
డేటా సెంటర్లలో అధిక డేటా ట్రాన్స్మిషన్ రేట్లు మరియు మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన ట్రాన్స్‌సీవర్‌లకు పెరుగుతున్న డిమాండ్ కాంపాక్ట్ హై-పెర్ఫార్మెన్స్ టెక్నాలజీల అభివృద్ధిని నడిపించింది.ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లు. సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ (SiPh) వివిధ ఫోటోనిక్ భాగాలను ఒకే చిప్‌లో అనుసంధానించడానికి ఒక ఆశాజనక వేదికగా మారింది, ఇది కాంపాక్ట్ మరియు ఖర్చుతో కూడుకున్న పరిష్కారాలను అనుమతిస్తుంది. ఈ వ్యాసం GeSi EAMల ఆధారంగా ఒక నవల క్యారియర్ అణచివేయబడిన సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్‌ను అన్వేషిస్తుంది, ఇది 75 Gbaud వరకు ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద పనిచేయగలదు.
పరికర రూపకల్పన మరియు లక్షణాలు
ప్రతిపాదిత IQ మాడ్యులేటర్ చిత్రం 1 (a) లో చూపిన విధంగా కాంపాక్ట్ త్రీ ఆర్మ్ స్ట్రక్చర్‌ను స్వీకరిస్తుంది. మూడు GeSi EAM మరియు మూడు థర్మో ఆప్టికల్ ఫేజ్ షిఫ్టర్‌లతో కూడి, సిమెట్రిక్ కాన్ఫిగరేషన్‌ను స్వీకరిస్తుంది. ఇన్‌పుట్ లైట్‌ను గ్రేటింగ్ కప్లర్ (GC) ద్వారా చిప్‌లోకి కలుపుతారు మరియు 1×3 మల్టీమోడ్ ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్ (MMI) ద్వారా మూడు మార్గాలుగా సమానంగా విభజించారు. మాడ్యులేటర్ మరియు ఫేజ్ షిఫ్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, కాంతిని మరొక 1×3 MMI ద్వారా తిరిగి కలుపుతారు మరియు తరువాత సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ (SSMF) కు కలుపుతారు.

చిత్రం 1: (ఎ) IQ మాడ్యులేటర్ యొక్క మైక్రోస్కోపిక్ చిత్రం; (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) సంక్లిష్ట సమతలంలో క్యారియర్ అణచివేత ప్రాతినిధ్యం. చిత్రం 1 (బి)లో చూపిన విధంగా, GeSi EAM విస్తృత ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను కలిగి ఉంది. చిత్రం 1 (బి) 67 GHz ఆప్టికల్ కాంపోనెంట్ ఎనలైజర్ (LCA) ఉపయోగించి ఒకే GeSi EAM పరీక్ష నిర్మాణం యొక్క S21 పరామితిని కొలుస్తుంది. చిత్రం 1 (సి) మరియు 1 (డి) వరుసగా వేర్వేరు DC వోల్టేజ్‌ల వద్ద స్టాటిక్ విలుప్త నిష్పత్తి (ER) స్పెక్ట్రాను మరియు 1555 నానోమీటర్ల తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద ప్రసారాన్ని వర్ణిస్తాయి.
చిత్రం 1 (e) లో చూపిన విధంగా, ఈ డిజైన్ యొక్క ప్రధాన లక్షణం మధ్య చేతిలో ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫేజ్ షిఫ్టర్‌ను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ఆప్టికల్ క్యారియర్‌లను అణచివేయగల సామర్థ్యం. ఎగువ మరియు దిగువ చేతుల మధ్య దశ వ్యత్యాసం π/2, ఇది సంక్లిష్ట ట్యూనింగ్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది, అయితే మధ్య చేయి మధ్య దశ వ్యత్యాసం -3 π/4. ఈ కాన్ఫిగరేషన్ చిత్రం 1 (f) యొక్క సంక్లిష్ట విమానంలో చూపిన విధంగా క్యారియర్‌కు విధ్వంసక జోక్యాన్ని అనుమతిస్తుంది.
ప్రయోగాత్మక సెటప్ మరియు ఫలితాలు
హై-స్పీడ్ ప్రయోగాత్మక సెటప్ చిత్రం 2 (a)లో చూపబడింది. ఒక ఆర్బిట్రరీ వేవ్‌ఫార్మ్ జనరేటర్ (కీసైట్ M8194A) సిగ్నల్ మూలంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు రెండు 60 GHz ఫేజ్ మ్యాచడ్ RF యాంప్లిఫైయర్‌లను (ఇంటిగ్రేటెడ్ బయాస్ టీస్‌తో) మాడ్యులేటర్ డ్రైవర్‌లుగా ఉపయోగిస్తారు. GeSi EAM యొక్క బయాస్ వోల్టేజ్ -2.5 V, మరియు I మరియు Q ఛానెల్‌ల మధ్య ఎలక్ట్రికల్ ఫేజ్ అసమతుల్యతను తగ్గించడానికి ఫేజ్ మ్యాచడ్ RF కేబుల్ ఉపయోగించబడుతుంది.
చిత్రం 2: (ఎ) హై స్పీడ్ ప్రయోగాత్మక సెటప్, (బి) 70 Gbaud వద్ద క్యారియర్ అణచివేత, (సి) ఎర్రర్ రేటు మరియు డేటా రేటు, (డి) 70 Gbaud వద్ద కాన్స్టెలేషన్. 100 kHz లైన్ వెడల్పు, 1555 nm తరంగదైర్ఘ్యం మరియు 12 dBm శక్తి కలిగిన వాణిజ్య బాహ్య కుహరం లేజర్ (ECL) ను ఆప్టికల్ క్యారియర్‌గా ఉపయోగించండి. మాడ్యులేషన్ తర్వాత, ఆప్టికల్ సిగ్నల్ ఒక ఉపయోగించి విస్తరించబడుతుందిఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్(EDFA) ఆన్-చిప్ కప్లింగ్ నష్టాలు మరియు మాడ్యులేటర్ ఇన్సర్షన్ నష్టాలను భర్తీ చేయడానికి.
స్వీకరించే చివరలో, ఆప్టికల్ స్పెక్ట్రమ్ అనలైజర్ (OSA) 70 Gbaud సిగ్నల్ కోసం చిత్రం 2 (b)లో చూపిన విధంగా సిగ్నల్ స్పెక్ట్రమ్ మరియు క్యారియర్ అణచివేతను పర్యవేక్షిస్తుంది. సిగ్నల్‌లను స్వీకరించడానికి డ్యూయల్ పోలరైజేషన్ కోహెరెంట్ రిసీవర్‌ను ఉపయోగించండి, ఇందులో 90 డిగ్రీల ఆప్టికల్ మిక్సర్ మరియు నాలుగు ఉంటాయి.40 GHz బ్యాలెన్స్‌డ్ ఫోటోడయోడ్‌లు, మరియు 33 GHz, 80 GSa/s రియల్-టైమ్ ఓసిల్లోస్కోప్ (RTO) (కీసైట్ DSOZ634A)కి కనెక్ట్ చేయబడింది. 100 kHz లైన్‌విడ్త్‌తో రెండవ ECL సోర్స్‌ను లోకల్ ఓసిలేటర్ (LO)గా ఉపయోగిస్తారు. ట్రాన్స్‌మిటర్ సింగిల్ పోలరైజేషన్ పరిస్థితుల్లో పనిచేస్తున్నందున, అనలాగ్-టు-డిజిటల్ కన్వర్షన్ (ADC) కోసం రెండు ఎలక్ట్రానిక్ ఛానెల్‌లు మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి. డేటా RTOలో రికార్డ్ చేయబడుతుంది మరియు ఆఫ్‌లైన్ డిజిటల్ సిగ్నల్ ప్రాసెసర్ (DSP)ని ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది.
చిత్రం 2 (c) లో చూపిన విధంగా, IQ మాడ్యులేటర్‌ను 40 Gbaud నుండి 75 Gbaud వరకు QPSK మాడ్యులేషన్ ఫార్మాట్ ఉపయోగించి పరీక్షించారు. ఫలితాలు 7% హార్డ్ డెసిషన్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (HD-FEC) పరిస్థితులలో, రేటు 140 Gb/s కి చేరుకోవచ్చని సూచిస్తున్నాయి; 20% సాఫ్ట్ డెసిషన్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (SD-FEC) పరిస్థితిలో, వేగం 150 Gb/s కి చేరుకోగలదు. 70 Gbaud వద్ద ఉన్న కాన్స్టెలేషన్ రేఖాచిత్రం చిత్రం 2 (d) లో చూపబడింది. ఫలితం 33 GHz యొక్క ఓసిల్లోస్కోప్ బ్యాండ్‌విడ్త్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, ఇది సుమారు 66 Gbaud యొక్క సిగ్నల్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు సమానం.

చిత్రం 2 (b) లో చూపిన విధంగా, మూడు ఆర్మ్ నిర్మాణం 30 dB కంటే ఎక్కువ బ్లాంకింగ్ రేటుతో ఆప్టికల్ క్యారియర్‌లను సమర్థవంతంగా అణచివేయగలదు. ఈ నిర్మాణానికి క్యారియర్‌ను పూర్తిగా అణచివేయడం అవసరం లేదు మరియు క్రామెర్ క్రోనిగ్ (KK) రిసీవర్‌ల వంటి సిగ్నల్‌లను తిరిగి పొందడానికి క్యారియర్ టోన్‌లు అవసరమయ్యే రిసీవర్‌లలో కూడా ఉపయోగించవచ్చు. కావలసిన క్యారియర్ టు సైడ్‌బ్యాండ్ నిష్పత్తి (CSR) సాధించడానికి క్యారియర్‌ను సెంట్రల్ ఆర్మ్ ఫేజ్ షిఫ్టర్ ద్వారా సర్దుబాటు చేయవచ్చు.
ప్రయోజనాలు మరియు అప్లికేషన్లు
సాంప్రదాయ మాక్ జెహ్ండర్ మాడ్యులేటర్లతో పోలిస్తే (MZM మాడ్యులేటర్లు) మరియు ఇతర సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ IQ మాడ్యులేటర్లతో సహా, ప్రతిపాదిత సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్ బహుళ ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. మొదటిది, ఇది పరిమాణంలో కాంపాక్ట్, ఆధారంగా IQ మాడ్యులేటర్ల కంటే 10 రెట్లు చిన్నదిమాక్ జెండర్ మాడ్యులేటర్లు(బాండింగ్ ప్యాడ్‌లను మినహాయించి), తద్వారా ఇంటిగ్రేషన్ సాంద్రత పెరుగుతుంది మరియు చిప్ వైశాల్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. రెండవది, పేర్చబడిన ఎలక్ట్రోడ్ డిజైన్‌కు టెర్మినల్ రెసిస్టర్‌ల వాడకం అవసరం లేదు, తద్వారా పరికర కెపాసిటెన్స్ మరియు బిట్‌కు శక్తిని తగ్గిస్తుంది. మూడవదిగా, క్యారియర్ సప్రెషన్ సామర్థ్యం ప్రసార శక్తి తగ్గింపును పెంచుతుంది, శక్తి సామర్థ్యాన్ని మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.
అదనంగా, GeSi EAM యొక్క ఆప్టికల్ బ్యాండ్‌విడ్త్ చాలా విస్తృతమైనది (30 నానోమీటర్లకు పైగా), మైక్రోవేవ్ మాడ్యులేటర్‌ల (MRMలు) ప్రతిధ్వనిని స్థిరీకరించడానికి మరియు సమకాలీకరించడానికి బహుళ-ఛానల్ ఫీడ్‌బ్యాక్ నియంత్రణ సర్క్యూట్‌లు మరియు ప్రాసెసర్‌ల అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది, తద్వారా డిజైన్‌ను సులభతరం చేస్తుంది.
ఈ కాంపాక్ట్ మరియు సమర్థవంతమైన IQ మాడ్యులేటర్ తదుపరి తరం, అధిక ఛానల్ కౌంట్ మరియు డేటా సెంటర్లలో చిన్న కోహెరెంట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లకు అత్యంత అనుకూలంగా ఉంటుంది, ఇది అధిక సామర్థ్యం మరియు మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్‌ను అనుమతిస్తుంది.
క్యారియర్ అణచివేయబడిన సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్ అద్భుతమైన పనితీరును ప్రదర్శిస్తుంది, 20% SD-FEC పరిస్థితులలో 150 Gb/s వరకు డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేటును కలిగి ఉంటుంది. GeSi EAM ఆధారంగా దాని కాంపాక్ట్ 3-ఆర్మ్ నిర్మాణం ఫుట్‌ప్రింట్, 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 (KK) డిటెక్షన్ స్కీమ్‌లతో అనుసంధానించబడుతుంది. డేటా సెంటర్‌లు మరియు ఇతర రంగాలలో అధిక-సామర్థ్య డేటా కమ్యూనికేషన్ కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్‌ను తీర్చడానికి అత్యంత ఇంటిగ్రేటెడ్ మరియు సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల సాక్షాత్కారానికి ఈ విజయాలు దోహదపడతాయి.