कॉम्पॅक्ट सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिकआयक्यू मॉड्युलेटरउच्च-गती सुसंगत संप्रेषणासाठी
डेटा सेंटर्समध्ये उच्च डेटा ट्रान्समिशन दर आणि अधिक ऊर्जा-कार्यक्षम ट्रान्सीव्हर्सच्या वाढत्या मागणीमुळे कॉम्पॅक्ट उच्च-कार्यक्षमतेच्या विकासाला चालना मिळाली आहे.ऑप्टिकल मॉड्युलेटरसिलिकॉन आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञान (SiPh) हे विविध फोटोनिक घटकांना एकाच चिपवर एकत्रित करण्यासाठी एक आश्वासक व्यासपीठ बनले आहे, ज्यामुळे संक्षिप्त आणि किफायतशीर उपाययोजना शक्य होतात. हा लेख GeSi EAMs वर आधारित एका नवीन कॅरियर सप्रेस्ड सिलिकॉन IQ मॉड्युलेटरचा अभ्यास करेल, जो 75 Gbaud पर्यंतच्या फ्रिक्वेन्सीवर कार्य करू शकतो.
उपकरणाची रचना आणि वैशिष्ट्ये
प्रस्तावित IQ मॉड्युलेटरमध्ये आकृती १ (अ) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे एक संक्षिप्त तीन-भुजांची रचना वापरली आहे. ही रचना तीन GeSi EAM आणि तीन थर्मो ऑप्टिकल फेज शिफ्टर्सनी बनलेली असून, ती सममितीय संरचनेचा अवलंब करते. इनपुट प्रकाश एका ग्रेटिंग कपलर (GC) द्वारे चिपमध्ये जोडला जातो आणि एका १×३ मल्टीमोड इंटरफेरोमीटर (MMI) द्वारे तीन समान मार्गांमध्ये विभागला जातो. मॉड्युलेटर आणि फेज शिफ्टरमधून गेल्यानंतर, प्रकाश दुसऱ्या १×३ MMI द्वारे पुन्हा एकत्र केला जातो आणि नंतर सिंगल-मोड फायबर (SSMF) मध्ये जोडला जातो.
आकृती १: (अ) आयक्यू मॉड्युलेटरची सूक्ष्मदर्शी प्रतिमा; (ब) – (ड) एका GeSi EAM चे EO S21, एक्सटिंक्शन रेशो स्पेक्ट्रम आणि ट्रान्समिटन्स; (इ) आयक्यू मॉड्युलेटरची योजनाबद्ध आकृती आणि फेज शिफ्टरचा संबंधित ऑप्टिकल फेज; (फ) कॉम्प्लेक्स प्लेनवरील कॅरियर सप्रेशनचे प्रतिनिधित्व. आकृती १ (ब) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, GeSi EAM मध्ये विस्तृत इलेक्ट्रो-ऑप्टिक बँडविड्थ आहे. आकृती १ (ब) मध्ये ६७ GHz ऑप्टिकल कंपोनंट ॲनालायझर (LCA) वापरून एका GeSi EAM चाचणी संरचनेच्या S21 पॅरामीटरचे मापन केले आहे. आकृती १ (क) आणि १ (ड) मध्ये अनुक्रमे वेगवेगळ्या डीसी व्होल्टेजवरील स्थिर एक्सटिंक्शन रेशो (ER) स्पेक्ट्रा आणि १५५५ नॅनोमीटर तरंगलांबीवरील ट्रान्समिशन दर्शविले आहे.
आकृती १ (इ) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, या डिझाइनचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे मधल्या भुजांमधील एकात्मिक फेज शिफ्टर समायोजित करून ऑप्टिकल कॅरिअर्स दाबण्याची क्षमता. वरच्या आणि खालच्या भुजांमधील फेज फरक π/2 आहे, जो कॉम्प्लेक्स ट्यूनिंगसाठी वापरला जातो, तर मधल्या भुजांमधील फेज फरक -3 π/4 आहे. ही रचना कॅरिअरसाठी विनाशकारी व्यतिकरणास अनुमती देते, जसे की आकृती १ (फ) च्या कॉम्प्लेक्स प्लेनमध्ये दाखवले आहे.
प्रायोगिक मांडणी आणि परिणाम
उच्च-गती प्रायोगिक मांडणी आकृती २ (अ) मध्ये दर्शविली आहे. सिग्नल स्रोत म्हणून आर्बिट्ररी वेव्हफॉर्म जनरेटर (Keysight M8194A) वापरला जातो, आणि मॉड्युलेटर ड्रायव्हर म्हणून दोन ६० GHz फेज मॅच्ड RF अँप्लिफायर (एकात्मिक बायस टीजसह) वापरले जातात. GeSi EAM चा बायस व्होल्टेज -२.५ V आहे, आणि I व Q चॅनेलमधील विद्युत फेज विसंगती कमी करण्यासाठी फेज मॅच्ड RF केबल वापरली जाते.
आकृती २: (अ) उच्च गती प्रायोगिक मांडणी, (ब) ७० गिगाबॉडवर वाहक दमन, (क) त्रुटी दर आणि डेटा दर, (ड) ७० गिगाबॉडवर कॉन्स्टेलेशन. ऑप्टिकल वाहक म्हणून १०० किलोहर्ट्झ लाइनविड्थ, १५५५ नॅनोमीटर तरंगलांबी आणि १२ डीबीएम शक्ती असलेला एक व्यावसायिक एक्सटर्नल कॅव्हिटी लेझर (ECL) वापरा. मॉड्युलेशननंतर, ऑप्टिकल सिग्नल एका वापरून प्रवर्धित केला जातो.अर्बियम-डोपड फायबर अॅम्प्लीफायरऑन-चिप कपलिंग लॉस आणि मॉड्युलेटर इन्सर्शन लॉसची भरपाई करण्यासाठी (EDFA).
प्राप्तकर्त्याच्या टोकाला, ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम अॅनालायझर (OSA) सिग्नल स्पेक्ट्रम आणि कॅरियर सप्रेशनचे निरीक्षण करतो, जसे की ७० गिगाबॉड सिग्नलसाठी आकृती २ (ब) मध्ये दाखवले आहे. सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी ड्युअल पोलरायझेशन कोहेरेंट रिसीव्हर वापरा, ज्यामध्ये ९० डिग्री ऑप्टिकल मिक्सर आणि चार४० गिगाहर्ट्झ संतुलित फोटोडायोडआणि ते ३३ GHz, ८० GSa/s रिअल-टाइम ऑसिलोस्कोप (RTO) (Keysight DSOZ634A) ला जोडलेले आहे. १०० kHz लाइनविड्थ असलेला दुसरा ECL स्रोत लोकल ऑसिलेटर (LO) म्हणून वापरला जातो. ट्रान्समीटर सिंगल पोलरायझेशन परिस्थितीत कार्यरत असल्यामुळे, ॲनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्जन (ADC) साठी फक्त दोन इलेक्ट्रॉनिक चॅनेल वापरले जातात. डेटा RTO वर रेकॉर्ड केला जातो आणि ऑफलाइन डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP) वापरून त्यावर प्रक्रिया केली जाते.
आकृती २ (c) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, IQ मॉड्युलेटरची चाचणी ४० Gbaud ते ७५ Gbaud पर्यंत QPSK मॉड्युलेशन फॉरमॅट वापरून करण्यात आली. निकालांवरून असे दिसून येते की, ७% हार्ड डिसिजन फॉरवर्ड एरर करेक्शन (HD-FEC) परिस्थितीत, दर १४० Gb/s पर्यंत पोहोचू शकतो; २०% सॉफ्ट डिसिजन फॉरवर्ड एरर करेक्शन (SD-FEC) च्या परिस्थितीत, वेग १५० Gb/s पर्यंत पोहोचू शकतो. ७० Gbaud वरील कॉन्स्टेलेशन आकृती २ (d) मध्ये दाखवली आहे. हा निकाल ३३ GHz च्या ऑसिलोस्कोप बँडविड्थमुळे मर्यादित आहे, जी अंदाजे ६६ Gbaud च्या सिग्नल बँडविड्थच्या समतुल्य आहे.
आकृती २ (ब) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, तीन भुजांची रचना ३० डीबी पेक्षा जास्त ब्लँकिंग रेटने ऑप्टिकल कॅरिअर्स प्रभावीपणे दाबून टाकू शकते. या रचनेला कॅरिअरच्या संपूर्ण दमनाची आवश्यकता नसते आणि सिग्नल पुनर्प्राप्त करण्यासाठी कॅरिअर टोनची आवश्यकता असलेल्या रिसीव्हर्समध्ये, जसे की क्रेमर क्रोनिग (केके) रिसीव्हर्समध्ये, देखील याचा वापर केला जाऊ शकतो. इच्छित कॅरिअर टू साइडबँड रेशो (CSR) साध्य करण्यासाठी मध्यवर्ती भुजेच्या फेज शिफ्टरद्वारे कॅरिअर समायोजित केला जाऊ शकतो.
फायदे आणि उपयोग
पारंपारिक माख झेन्डर मॉड्युलेटरच्या तुलनेत (एमझेडएम मॉड्युलेटर्स) आणि इतर सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक IQ मॉड्युलेटर्सच्या तुलनेत, प्रस्तावित सिलिकॉन IQ मॉड्युलेटरचे अनेक फायदे आहेत. सर्वप्रथम, ते आकाराने संक्षिप्त आहे, जे आधारित IQ मॉड्युलेटर्सपेक्षा १० पटींहून अधिक लहान आहे.माख झेहंडर मॉड्युलेटर(बॉन्डिंग पॅड्स वगळून), त्यामुळे इंटिग्रेशन डेन्सिटी वाढते आणि चिपचे क्षेत्रफळ कमी होते. दुसरे म्हणजे, स्टॅक्ड इलेक्ट्रोड डिझाइनमुळे टर्मिनल रेझिस्टर्स वापरण्याची आवश्यकता नसते, त्यामुळे डिव्हाइसची कपॅसिटन्स आणि प्रति बिट ऊर्जा कमी होते. तिसरे म्हणजे, कॅरियर सप्रेशन क्षमतेमुळे ट्रान्समिशन पॉवरमध्ये जास्तीत जास्त घट होते, ज्यामुळे ऊर्जा कार्यक्षमता आणखी सुधारते.
याव्यतिरिक्त, GeSi EAM ची ऑप्टिकल बँडविड्थ खूप विस्तृत (30 नॅनोमीटरपेक्षा जास्त) आहे, ज्यामुळे मायक्रोवेव्ह मॉड्युलेटर (MRMs) चा अनुनाद स्थिर आणि समक्रमित करण्यासाठी मल्टी-चॅनल फीडबॅक कंट्रोल सर्किट्स आणि प्रोसेसरची आवश्यकता दूर होते, त्यामुळे डिझाइन सोपे होते.
हा कॉम्पॅक्ट आणि कार्यक्षम IQ मॉड्युलेटर डेटा सेंटर्समधील पुढच्या पिढीच्या, उच्च चॅनेल संख्या असलेल्या आणि लहान कोहेरेंट ट्रान्सीव्हर्ससाठी अत्यंत योग्य आहे, ज्यामुळे उच्च क्षमता आणि अधिक ऊर्जा-कार्यक्षम ऑप्टिकल कम्युनिकेशन शक्य होते.
कॅरियर सप्रेस्ड सिलिकॉन आयक्यू मॉड्युलेटर २०% एसडी-एफईसी परिस्थितीत १५० Gb/s पर्यंतच्या डेटा ट्रान्समिशन दरासह उत्कृष्ट कामगिरी दाखवतो. GeSi EAM वर आधारित त्याच्या कॉम्पॅक्ट ३-आर्म संरचनेचे आकार, ऊर्जा कार्यक्षमता आणि डिझाइनमधील साधेपणाच्या दृष्टीने महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत. या मॉड्युलेटरमध्ये ऑप्टिकल कॅरियरला सप्रेस करण्याची किंवा समायोजित करण्याची क्षमता आहे आणि मल्टी-लाइन कॉम्पॅक्ट कोहेरेंट ट्रान्सीव्हर्ससाठी कोहेरेंट डिटेक्शन आणि क्रेमर क्रोनिग (KK) डिटेक्शन योजनांसोबत त्याला एकत्रित केले जाऊ शकते. प्रदर्शित केलेली ही उपलब्धी, डेटा सेंटर्स आणि इतर क्षेत्रांमधील उच्च-क्षमतेच्या डेटा कम्युनिकेशनच्या वाढत्या मागणीची पूर्तता करण्यासाठी अत्यंत एकात्मिक आणि कार्यक्षम ऑप्टिकल ट्रान्सीव्हर्सच्या निर्मितीला चालना देते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २१ जानेवारी २०२५