कॉम्पैक्ट सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिकआईक्यू मॉड्यूलेटरउच्च गति सुसंगत संचार के लिए
डेटा केंद्रों में उच्च डेटा संचरण दर और अधिक ऊर्जा-कुशल ट्रांसीवर की बढ़ती मांग ने कॉम्पैक्ट उच्च-प्रदर्शन ट्रांसीवर के विकास को प्रेरित किया है।ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरसिलिकॉन आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तकनीक (SiPh) एक एकल चिप पर विभिन्न फोटोनिक घटकों को एकीकृत करने के लिए एक आशाजनक मंच बन गई है, जिससे कॉम्पैक्ट और लागत प्रभावी समाधान संभव हो सके। यह लेख GeSi EAMs पर आधारित एक नए वाहक दमनकारी सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर का पता लगाएगा, जो 75 Gbaud तक की आवृत्ति पर काम कर सकता है।
डिवाइस का डिज़ाइन और विशेषताएँ
प्रस्तावित IQ मॉड्यूलेटर एक कॉम्पैक्ट तीन भुजा संरचना को अपनाता है, जैसा कि चित्र 1 (ए) में दिखाया गया है। तीन GeSi EAM और तीन थर्मो ऑप्टिकल फेज शिफ्टर्स से बना, एक सममित विन्यास को अपनाता है। इनपुट लाइट को एक ग्रेटिंग कपलर (GC) के माध्यम से चिप में जोड़ा जाता है और 1×3 मल्टीमोड इंटरफेरोमीटर (MMI) के माध्यम से तीन पथों में समान रूप से विभाजित किया जाता है। मॉड्यूलेटर और फेज शिफ्टर से गुजरने के बाद, प्रकाश को एक और 1×3 MMI द्वारा पुनर्संयोजित किया जाता है और फिर एक सिंगल-मोड फाइबर (SSMF) से जोड़ा जाता है।
चित्र 1: (ए) आईक्यू मॉड्यूलेटर की सूक्ष्म छवि; (बी) - (डी) ईओ एस21, विलुप्ति अनुपात स्पेक्ट्रम, और एकल जीईएसआई ईएएम का संप्रेषण; (ई) आईक्यू मॉड्यूलेटर का योजनाबद्ध आरेख और चरण शिफ्टर का संबंधित ऑप्टिकल चरण; (एफ) जटिल तल पर वाहक दमन प्रतिनिधित्व। जैसा कि चित्र 1 (बी) में दिखाया गया है, जीईएसआई ईएएम में एक विस्तृत इलेक्ट्रो-ऑप्टिक बैंडविड्थ है। चित्र 1 (बी) ने 67 गीगाहर्ट्ज ऑप्टिकल घटक विश्लेषक (एलसीए) का उपयोग करके एकल जीईएसआई ईएएम परीक्षण संरचना के एस21 पैरामीटर को मापा। चित्र 1 (सी) और 1 (डी) क्रमशः विभिन्न डीसी वोल्टेज पर स्थिर विलुप्ति अनुपात (ईआर) स्पेक्ट्रा और 1555 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य पर संचरण को दर्शाते हैं।
जैसा कि चित्र 1 (ई) में दिखाया गया है, इस डिज़ाइन की मुख्य विशेषता मध्य भुजा में एकीकृत चरण शिफ्टर को समायोजित करके ऑप्टिकल वाहकों को दबाने की क्षमता है। ऊपरी और निचली भुजाओं के बीच चरण अंतर π/2 है, जिसका उपयोग जटिल ट्यूनिंग के लिए किया जाता है, जबकि मध्य भुजा के बीच चरण अंतर -3 π/4 है। यह विन्यास वाहक को विनाशकारी हस्तक्षेप की अनुमति देता है, जैसा कि चित्र 1 (एफ) के जटिल तल में दिखाया गया है।
प्रायोगिक सेटअप और परिणाम
उच्च गति वाला प्रायोगिक सेटअप चित्र 2 (ए) में दिखाया गया है। सिग्नल स्रोत के रूप में एक मनमाना तरंग जनरेटर (कीसाइट M8194A) का उपयोग किया जाता है, और दो 60 गीगाहर्ट्ज चरण मिलान आरएफ एम्पलीफायर (एकीकृत बायस टीज़ के साथ) मॉड्यूलेटर ड्राइवर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। GeSi EAM का बायस वोल्टेज -2.5 V है, और I और Q चैनलों के बीच विद्युत चरण बेमेल को कम करने के लिए एक चरण मिलान आरएफ केबल का उपयोग किया जाता है।
चित्र 2: (ए) उच्च गति प्रयोगात्मक सेटअप, (बी) 70 जीबॉड पर वाहक दमन, (सी) त्रुटि दर और डेटा दर, (डी) 70 जीबॉड पर नक्षत्र। ऑप्टिकल वाहक के रूप में 100 kHz की लाइनविड्थ, 1555 एनएम की तरंग दैर्ध्य और 12 डीबीएम की शक्ति के साथ एक वाणिज्यिक बाहरी गुहा लेजर (ईसीएल) का उपयोग करें। मॉड्यूलेशन के बाद, ऑप्टिकल सिग्नल को एक का उपयोग करके प्रवर्धित किया जाता हैअर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर(ईडीएफए) का उपयोग ऑन-चिप युग्मन हानियों और मॉड्यूलेटर सम्मिलन हानियों की भरपाई के लिए किया जाता है।
प्राप्त करने वाले छोर पर, एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक (ओएसए) सिग्नल स्पेक्ट्रम और वाहक दमन की निगरानी करता है, जैसा कि 70 जीबॉड सिग्नल के लिए चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है। सिग्नल प्राप्त करने के लिए एक दोहरे ध्रुवीकरण सुसंगत रिसीवर का उपयोग करें, जिसमें 90 डिग्री ऑप्टिकल मिक्सर और चार होते हैं40 गीगाहर्ट्ज संतुलित फोटोडायोड, और 33 गीगाहर्ट्ज, 80 जीएसए/एस रियल-टाइम ऑसिलोस्कोप (आरटीओ) (कीसाइट डीएसओजेड634ए) से जुड़ा हुआ है। 100 किलोहर्ट्ज की लाइनविड्थ वाला दूसरा ईसीएल स्रोत स्थानीय ऑसिलेटर (एलओ) के रूप में उपयोग किया जाता है। एकल ध्रुवीकरण स्थितियों के तहत संचालित ट्रांसमीटर के कारण, एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण (एडीसी) के लिए केवल दो इलेक्ट्रॉनिक चैनलों का उपयोग किया जाता है। डेटा को आरटीओ पर रिकॉर्ड किया जाता है और ऑफ़लाइन डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) का उपयोग करके संसाधित किया जाता है।
जैसा कि चित्र 2 (सी) में दिखाया गया है, IQ मॉड्यूलेटर का परीक्षण 40 Gbaud से 75 Gbaud तक QPSK मॉड्यूलेशन प्रारूप का उपयोग करके किया गया था। परिणाम बताते हैं कि 7% हार्ड डिसीजन फॉरवर्ड एरर करेक्शन (HD-FEC) की स्थिति में, दर 140 Gb/s तक पहुँच सकती है; 20% सॉफ्ट डिसीजन फॉरवर्ड एरर करेक्शन (SD-FEC) की स्थिति में, गति 150 Gb/s तक पहुँच सकती है। 70 Gbaud पर नक्षत्र आरेख चित्र 2 (d) में दिखाया गया है। परिणाम 33 GHz के ऑसिलोस्कोप बैंडविड्थ द्वारा सीमित है, जो लगभग 66 Gbaud के सिग्नल बैंडविड्थ के बराबर है।
जैसा कि चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है, तीन भुजा संरचना 30 डीबी से अधिक ब्लैंकिंग दर वाले ऑप्टिकल वाहकों को प्रभावी ढंग से दबा सकती है। इस संरचना को वाहक के पूर्ण दमन की आवश्यकता नहीं होती है और इसका उपयोग उन रिसीवरों में भी किया जा सकता है जिन्हें सिग्नल को पुनर्प्राप्त करने के लिए वाहक टोन की आवश्यकता होती है, जैसे कि क्रेमर क्रोनिग (केके) रिसीवर। वांछित वाहक से साइडबैंड अनुपात (सीएसआर) प्राप्त करने के लिए वाहक को एक केंद्रीय भुजा चरण शिफ्टर के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है।
लाभ और अनुप्रयोग
पारंपरिक माक ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर की तुलना में (एमजेडएम मॉड्यूलेटर) और अन्य सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक IQ मॉड्यूलेटर, प्रस्तावित सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर के कई फायदे हैं। सबसे पहले, यह आकार में कॉम्पैक्ट है, जो कि IQ मॉड्यूलेटर से 10 गुना से भी ज़्यादा छोटा है।माच ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर(बॉन्डिंग पैड को छोड़कर), इस प्रकार एकीकरण घनत्व में वृद्धि और चिप क्षेत्र को कम करना। दूसरे, स्टैक्ड इलेक्ट्रोड डिज़ाइन को टर्मिनल प्रतिरोधों के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे डिवाइस कैपेसिटेंस और प्रति बिट ऊर्जा कम हो जाती है। तीसरा, वाहक दमन क्षमता संचरण शक्ति में कमी को अधिकतम करती है, जिससे ऊर्जा दक्षता में और सुधार होता है।
इसके अतिरिक्त, GeSi EAM की ऑप्टिकल बैंडविड्थ बहुत विस्तृत (30 नैनोमीटर से अधिक) है, जिससे माइक्रोवेव मॉड्यूलेटर (MRM) के अनुनाद को स्थिर और समकालिक करने के लिए बहु-चैनल फीडबैक नियंत्रण सर्किट और प्रोसेसर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे डिजाइन सरल हो जाता है।
यह कॉम्पैक्ट और कुशल IQ मॉड्यूलेटर अगली पीढ़ी, उच्च चैनल संख्या और डेटा केंद्रों में छोटे सुसंगत ट्रांसीवर के लिए अत्यधिक उपयुक्त है, जो उच्च क्षमता और अधिक ऊर्जा-कुशल ऑप्टिकल संचार को सक्षम करता है।
वाहक दबा हुआ सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर 20% SD-FEC स्थितियों के तहत 150 Gb/s तक की डेटा ट्रांसमिशन दर के साथ उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करता है। GeSi EAM पर आधारित इसकी कॉम्पैक्ट 3-आर्म संरचना में पदचिह्न, ऊर्जा दक्षता और डिजाइन सादगी के संदर्भ में महत्वपूर्ण लाभ हैं। इस मॉड्यूलेटर में ऑप्टिकल वाहक को दबाने या समायोजित करने की क्षमता है और इसे मल्टी लाइन कॉम्पैक्ट सुसंगत ट्रांसीवर के लिए सुसंगत पहचान और क्रेमर क्रोनिग (KK) पहचान योजनाओं के साथ एकीकृत किया जा सकता है। प्रदर्शित उपलब्धियाँ डेटा केंद्रों और अन्य क्षेत्रों में उच्च क्षमता वाले डेटा संचार की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए अत्यधिक एकीकृत और कुशल ऑप्टिकल ट्रांसीवर की प्राप्ति को प्रेरित करती हैं।
पोस्ट करने का समय: जनवरी-21-2025