అధిక-వేగ సుసంఘటిత కమ్యూనికేషన్ కోసం కాంపాక్ట్ సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ IQ మాడ్యులేటర్

కాంపాక్ట్ సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్IQ మాడ్యులేటర్అధిక వేగవంతమైన సుసంఘటిత కమ్యూనికేషన్ కోసం
డేటా సెంటర్లలో అధిక డేటా ప్రసార రేట్లు మరియు మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్, కాంపాక్ట్ హై-పెర్ఫార్మెన్స్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల అభివృద్ధికి దారితీసింది.ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లుసిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ (SiPh), వివిధ ఫోటోనిక్ భాగాలను ఒకే చిప్‌పై ఏకీకృతం చేయడానికి ఒక ఆశాజనకమైన వేదికగా మారింది, ఇది కాంపాక్ట్ మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన పరిష్కారాలను సాధ్యం చేస్తుంది. ఈ వ్యాసం GeSi EAMల ఆధారంగా పనిచేసే ఒక నూతన క్యారియర్ సప్రెస్డ్ సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్‌ను అన్వేషిస్తుంది, ఇది 75 గిగాబాడ్ వరకు ఫ్రీక్వెన్సీలో పనిచేయగలదు.
పరికర రూపకల్పన మరియు లక్షణాలు
ప్రతిపాదిత IQ మాడ్యులేటర్, చిత్రం 1 (a)లో చూపిన విధంగా, ఒక కాంపాక్ట్ మూడు ఆర్మ్ నిర్మాణాన్ని అవలంబిస్తుంది. ఇది మూడు GeSi EAM మరియు మూడు థర్మో ఆప్టికల్ ఫేజ్ షిఫ్టర్‌లతో కూడి, ఒక సౌష్టవ ఆకృతీకరణను అవలంబిస్తుంది. ఇన్‌పుట్ కాంతి ఒక గ్రేటింగ్ కప్లర్ (GC) ద్వారా చిప్‌లోకి ప్రవేశపెట్టబడి, 1×3 మల్టీమోడ్ ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్ (MMI) ద్వారా మూడు మార్గాలుగా సమానంగా విభజించబడుతుంది. మాడ్యులేటర్ మరియు ఫేజ్ షిఫ్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, కాంతి మరొక 1×3 MMI ద్వారా పునఃసంయోగం చెంది, ఆపై సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ (SSMF)కు అనుసంధానించబడుతుంది.

పటం 1: (ఎ) IQ మాడ్యులేటర్ యొక్క సూక్ష్మదర్శిని చిత్రం; (బి) – (డి) ఒకే GeSi EAM యొక్క EO S21, విలుప్త నిష్పత్తి స్పెక్ట్రం, మరియు ప్రసరణ; (ఇ) IQ మాడ్యులేటర్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం మరియు ఫేజ్ షిఫ్టర్ యొక్క సంబంధిత ఆప్టికల్ ఫేజ్; (ఎఫ్) సంక్లిష్ట తలంలో క్యారియర్ అణచివేత ప్రాతినిధ్యం. పటం 1 (బి)లో చూపినట్లుగా, GeSi EAM విస్తృత ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను కలిగి ఉంది. పటం 1 (బి) 67 GHz ఆప్టికల్ కాంపోనెంట్ అనలైజర్ (LCA)ను ఉపయోగించి ఒకే GeSi EAM పరీక్షా నిర్మాణం యొక్క S21 పరామితిని కొలిచింది. పటాలు 1 (సి) మరియు 1 (డి) వరుసగా వివిధ DC వోల్టేజ్‌ల వద్ద స్టాటిక్ విలుప్త నిష్పత్తి (ER) స్పెక్ట్రాలను మరియు 1555 నానోమీటర్ల తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద ప్రసరణను వర్ణిస్తాయి.
పటం 1 (e)లో చూపిన విధంగా, మధ్య భుజంలోని సమీకృత ఫేజ్ షిఫ్టర్‌ను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ఆప్టికల్ క్యారియర్‌లను అణచివేసే సామర్థ్యం ఈ డిజైన్ యొక్క ప్రధాన లక్షణం. సంక్లిష్ట ట్యూనింగ్ కోసం ఉపయోగించే పై మరియు దిగువ భుజాల మధ్య ఫేజ్ వ్యత్యాసం π/2 కాగా, మధ్య భుజం మధ్య ఫేజ్ వ్యత్యాసం -3 π/4గా ఉంటుంది. పటం 1 (f) యొక్క సంక్లిష్ట తలంలో చూపిన విధంగా, ఈ ఆకృతీకరణ క్యారియర్‌కు వినాశకరమైన వ్యతికరణాన్ని అనుమతిస్తుంది.
ప్రయోగాత్మక అమరిక మరియు ఫలితాలు
అధిక-వేగ ప్రయోగాత్మక అమరికను పటం 2 (ఎ) లో చూపించారు. సిగ్నల్ సోర్స్‌గా ఆర్బిట్రరీ వేవ్‌ఫార్మ్ జనరేటర్ (కీసైట్ M8194A)ను, మరియు మాడ్యులేటర్ డ్రైవర్‌లుగా రెండు 60 GHz ఫేజ్ మ్యాచ్డ్ RF యాంప్లిఫయర్‌లను (ఇంటిగ్రేటెడ్ బయాస్ టీస్‌తో) ఉపయోగించారు. GeSi EAM యొక్క బయాస్ వోల్టేజ్ -2.5 V, మరియు I మరియు Q ఛానెల్‌ల మధ్య ఎలక్ట్రికల్ ఫేజ్ మిస్‌మ్యాచ్‌ను తగ్గించడానికి ఫేజ్ మ్యాచ్డ్ RF కేబుల్‌ను ఉపయోగించారు.
పటం 2: (ఎ) అధిక వేగ ప్రయోగాత్మక అమరిక, (బి) 70 గిగాబాడ్ వద్ద క్యారియర్ అణచివేత, (సి) దోష రేటు మరియు డేటా రేటు, (డి) 70 గిగాబాడ్ వద్ద కాన్‌స్టలేషన్. ఆప్టికల్ క్యారియర్‌గా 100 kHz లైన్‌విడ్త్, 1555 nm తరంగదైర్ఘ్యం మరియు 12 dBm పవర్ కలిగిన వాణిజ్య బాహ్య కావిటీ లేజర్ (ECL)ను ఉపయోగించండి. మాడ్యులేషన్ తర్వాత, ఆప్టికల్ సిగ్నల్‌ను ఉపయోగించి విస్తరించబడుతుంది.ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్ఆన్-చిప్ కప్లింగ్ నష్టాలు మరియు మాడ్యులేటర్ ఇన్సర్షన్ నష్టాలను భర్తీ చేయడానికి (EDFA).
స్వీకరించే చివర, 70 గిగాబాడ్ సిగ్నల్ కోసం చిత్రం 2 (బి)లో చూపిన విధంగా, ఒక ఆప్టికల్ స్పెక్ట్రమ్ అనలైజర్ (OSA) సిగ్నల్ స్పెక్ట్రమ్ మరియు క్యారియర్ సప్రెషన్‌ను పర్యవేక్షిస్తుంది. సిగ్నల్‌లను స్వీకరించడానికి డ్యూయల్ పోలరైజేషన్ కోహెరెంట్ రిసీవర్‌ను ఉపయోగించండి, ఇందులో 90 డిగ్రీల ఆప్టికల్ మిక్సర్ మరియు నాలుగు ఉంటాయి.40 GHz బ్యాలెన్స్‌డ్ ఫోటోడయోడ్లుమరియు ఇది 33 GHz, 80 GSa/s రియల్-టైమ్ ఆసిలోస్కోప్ (RTO) (కీసైట్ DSOZ634A)కు అనుసంధానించబడింది. 100 kHz లైన్‌విడ్త్ ఉన్న రెండవ ECL సోర్స్‌ను లోకల్ ఆసిలేటర్ (LO)గా ఉపయోగిస్తారు. ట్రాన్స్‌మిటర్ సింగిల్ పోలరైజేషన్ పరిస్థితులలో పనిచేస్తున్నందున, అనలాగ్-టు-డిజిటల్ కన్వర్షన్ (ADC) కోసం కేవలం రెండు ఎలక్ట్రానిక్ ఛానెల్‌లను మాత్రమే ఉపయోగిస్తారు. డేటాను RTOలో రికార్డ్ చేసి, ఆఫ్‌లైన్ డిజిటల్ సిగ్నల్ ప్రాసెసర్ (DSP) ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేస్తారు.
పటం 2 (c)లో చూపిన విధంగా, IQ మాడ్యులేటర్‌ను 40 Gbaud నుండి 75 Gbaud వరకు QPSK మాడ్యులేషన్ ఫార్మాట్‌ను ఉపయోగించి పరీక్షించడం జరిగింది. ఫలితాలు సూచించేదేమిటంటే, 7% హార్డ్ డెసిషన్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (HD-FEC) పరిస్థితులలో, రేటు 140 Gb/s కు చేరుకోగలదు; 20% సాఫ్ట్ డెసిషన్ ఫార్వర్డ్ ఎర్రర్ కరెక్షన్ (SD-FEC) పరిస్థితిలో, వేగం 150 Gb/s కు చేరుకోగలదు. 70 Gbaud వద్ద కాన్‌స్టలేషన్ డయాగ్రమ్ పటం 2 (d)లో చూపబడింది. ఈ ఫలితం 33 GHz ఆసిలోస్కోప్ బ్యాండ్‌విడ్త్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, ఇది సుమారుగా 66 Gbaud సిగ్నల్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు సమానం.

పటం 2 (b) లో చూపిన విధంగా, మూడు ఆర్మ్ నిర్మాణం 30 dB కంటే ఎక్కువ బ్లాంకింగ్ రేటుతో ఆప్టికల్ క్యారియర్‌లను సమర్థవంతంగా అణచివేయగలదు. ఈ నిర్మాణానికి క్యారియర్‌ను పూర్తిగా అణచివేయాల్సిన అవసరం లేదు మరియు క్రామర్ క్రోనిగ్ (KK) రిసీవర్‌ల వంటి, సిగ్నల్‌లను పునరుద్ధరించడానికి క్యారియర్ టోన్‌లు అవసరమయ్యే రిసీవర్‌లలో కూడా దీనిని ఉపయోగించవచ్చు. కావలసిన క్యారియర్ టు సైడ్‌బ్యాండ్ రేషియో (CSR)ని సాధించడానికి, సెంట్రల్ ఆర్మ్ ఫేజ్ షిఫ్టర్ ద్వారా క్యారియర్‌ను సర్దుబాటు చేయవచ్చు.
ప్రయోజనాలు మరియు అనువర్తనాలు
సాంప్రదాయ మాక్ జెండర్ మాడ్యులేటర్లతో పోలిస్తే (MZM మాడ్యులేటర్లుమరియు ఇతర సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ IQ మాడ్యులేటర్లతో పోలిస్తే, ప్రతిపాదిత సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్‌కు అనేక ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. మొదటిది, ఇది కాంపాక్ట్ పరిమాణంలో ఉంటుంది, ఇది ఆధారిత IQ మాడ్యులేటర్ల కంటే 10 రెట్లు కంటే ఎక్కువ చిన్నది.మాక్ జెండర్ మాడ్యులేటర్లు(బాండింగ్ ప్యాడ్‌లను మినహాయించి), తద్వారా ఇంటిగ్రేషన్ సాంద్రతను పెంచి, చిప్ వైశాల్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. రెండవది, స్టాక్డ్ ఎలక్ట్రోడ్ డిజైన్‌కు టెర్మినల్ రెసిస్టర్‌ల వాడకం అవసరం లేదు, తద్వారా డివైస్ కెపాసిటెన్స్ మరియు ప్రతి బిట్‌కు శక్తిని తగ్గిస్తుంది. మూడవది, క్యారియర్ సప్రెషన్ సామర్థ్యం ట్రాన్స్‌మిషన్ పవర్ తగ్గింపును గరిష్ఠం చేస్తుంది, ఇది శక్తి సామర్థ్యాన్ని మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.
దీనికి అదనంగా, GeSi EAM యొక్క ఆప్టికల్ బ్యాండ్‌విడ్త్ చాలా విస్తృతమైనది (30 నానోమీటర్లకు పైగా), ఇది మైక్రోవేవ్ మాడ్యులేటర్ల (MRMలు) యొక్క రెసొనెన్స్‌ను స్థిరీకరించడానికి మరియు సమకాలీకరించడానికి అవసరమైన మల్టీ-ఛానల్ ఫీడ్‌బ్యాక్ కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌లు మరియు ప్రాసెసర్‌ల అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది, తద్వారా డిజైన్‌ను సులభతరం చేస్తుంది.
ఈ కాంపాక్ట్ మరియు సమర్థవంతమైన IQ మాడ్యులేటర్, డేటా సెంటర్లలోని తదుపరి తరం, అధిక ఛానెల్ సంఖ్య మరియు చిన్న కోహెరెంట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లకు అత్యంత అనుకూలంగా ఉంటుంది, ఇది అధిక సామర్థ్యం మరియు మరింత శక్తి-పొదుపుతో కూడిన ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్‌ను సాధ్యం చేస్తుంది.
క్యారియర్ సప్రెస్డ్ సిలికాన్ IQ మాడ్యులేటర్, 20% SD-FEC పరిస్థితులలో 150 Gb/s వరకు డేటా ప్రసార రేటుతో అద్భుతమైన పనితీరును కనబరుస్తుంది. GeSi EAM ఆధారిత దీని కాంపాక్ట్ 3-ఆర్మ్ నిర్మాణం ఫుట్‌ప్రింట్, శక్తి సామర్థ్యం మరియు డిజైన్ సరళత పరంగా గణనీయమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. ఈ మాడ్యులేటర్ ఆప్టికల్ క్యారియర్‌ను అణిచివేయగల లేదా సర్దుబాటు చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది మరియు మల్టీ లైన్ కాంపాక్ట్ కోహెరెంట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల కోసం కోహెరెంట్ డిటెక్షన్ మరియు క్రామర్ క్రోనిగ్ (KK) డిటెక్షన్ స్కీమ్‌లతో అనుసంధానించబడుతుంది. ప్రదర్శించబడిన ఈ విజయాలు, డేటా సెంటర్‌లు మరియు ఇతర రంగాలలో అధిక-సామర్థ్య డేటా కమ్యూనికేషన్ కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్‌ను తీర్చడానికి, అత్యంత సమీకృత మరియు సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల ఆవిష్కరణకు దోహదపడతాయి.