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) विभिन्न फोटोनिक घटकों को एक ही चिप में एकीकृत करने के लिए एक आशाजनक प्लेटफ़ॉर्म बन गई है, जिससे कॉम्पैक्ट और लागत-प्रभावी समाधान संभव हो रहे हैं। यह लेख GeSi EAMs पर आधारित एक नए वाहक-नियंत्रित सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर पर चर्चा करेगा, जो 75 Gbaud तक की आवृत्ति पर काम कर सकता है।
डिवाइस डिज़ाइन और विशेषताएँ
प्रस्तावित IQ मॉड्यूलेटर एक सुगठित त्रि-भुजा संरचना को अपनाता है, जैसा कि चित्र 1 (a) में दर्शाया गया है। यह तीन GeSi EAM और तीन थर्मो ऑप्टिकल फेज़ शिफ्टर्स से बना है, जो एक सममित विन्यास अपनाते हैं। इनपुट प्रकाश को एक ग्रेटिंग कपलर (GC) के माध्यम से चिप में युग्मित किया जाता है और 1×3 मल्टीमोड इंटरफेरोमीटर (MMI) के माध्यम से तीन पथों में समान रूप से विभाजित किया जाता है। मॉड्यूलेटर और फेज़ शिफ्टर से गुजरने के बाद, प्रकाश को एक अन्य 1×3 MMI द्वारा पुनर्संयोजित किया जाता है और फिर एक सिंगल-मोड फाइबर (SSMF) से युग्मित किया जाता है।
चित्र 1: (a) IQ मॉड्यूलेटर का सूक्ष्म प्रतिबिम्ब; (b) – (d) EO S21, एकल GeSi EAM का विलोपन अनुपात स्पेक्ट्रम और संप्रेषण; (e) IQ मॉड्यूलेटर का योजनाबद्ध आरेख और संबंधित चरण शिफ्टर का प्रकाशिक चरण; (f) संकुल तल पर वाहक दमन निरूपण। जैसा कि चित्र 1 (b) में दिखाया गया है, GeSi EAM में एक विस्तृत विद्युत-प्रकाशिक बैंडविड्थ है। चित्र 1 (b) में 67 GHz प्रकाशिक घटक विश्लेषक (LCA) का उपयोग करके एकल GeSi EAM परीक्षण संरचना के S21 पैरामीटर को मापा गया। चित्र 1 (c) और 1 (d) क्रमशः विभिन्न DC वोल्टेज पर स्थैतिक विलोपन अनुपात (ER) स्पेक्ट्रा और 1555 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य पर संचरण को दर्शाते हैं।
जैसा कि चित्र 1 (e) में दिखाया गया है, इस डिज़ाइन की मुख्य विशेषता मध्य भुजा में एकीकृत फेज़ शिफ्टर को समायोजित करके प्रकाशिक वाहकों को दबाने की क्षमता है। ऊपरी और निचली भुजाओं के बीच का फेज़ अंतर π/2 है, जिसका उपयोग जटिल ट्यूनिंग के लिए किया जाता है, जबकि मध्य भुजा के बीच का फेज़ अंतर -3 π/4 है। यह विन्यास वाहक में विनाशकारी व्यतिकरण की अनुमति देता है, जैसा कि चित्र 1 (f) के जटिल तल में दिखाया गया है।
प्रायोगिक सेटअप और परिणाम
उच्च-गति प्रायोगिक सेटअप चित्र 2 (a) में दर्शाया गया है। एक आर्बिट्रेरी वेवफ़ॉर्म जनरेटर (कीसाइट M8194A) का उपयोग सिग्नल स्रोत के रूप में किया जाता है, और दो 60 GHz फेज़ मैच्ड RF 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 फेज़ बेमेल को कम करने के लिए एक फेज़ मैच्ड RF केबल का उपयोग किया जाता है।
चित्र 2: (a) उच्च गति प्रायोगिक सेटअप, (b) 70 Gbaud पर वाहक दमन, (c) त्रुटि दर और डेटा दर, (d) 70 Gbaud पर नक्षत्र। ऑप्टिकल वाहक के रूप में 100 kHz की लाइनविड्थ, 1555 nm की तरंगदैर्ध्य और 12 dBm की शक्ति वाले एक वाणिज्यिक बाह्य गुहा लेज़र (ECL) का उपयोग करें। मॉडुलन के बाद, ऑप्टिकल सिग्नल को एक का उपयोग करके प्रवर्धित किया जाता है।एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर(ईडीएफए) ऑन-चिप युग्मन हानियों और मॉड्यूलेटर सम्मिलन हानियों की क्षतिपूर्ति के लिए।
प्राप्तकर्ता छोर पर, एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक (OSA) सिग्नल स्पेक्ट्रम और वाहक दमन की निगरानी करता है, जैसा कि 70 Gbaud सिग्नल के लिए चित्र 2 (b) में दिखाया गया है। सिग्नल प्राप्त करने के लिए एक द्विध्रुवीय संसक्त रिसीवर का उपयोग करें, जिसमें एक 90 डिग्री ऑप्टिकल मिक्सर और चार40 GHz संतुलित फोटोडायोड, और यह 33 GHz, 80 GSa/s रीयल-टाइम ऑसिलोस्कोप (RTO) (Keysight DSOZ634A) से जुड़ा है। 100 kHz की लाइनविड्थ वाला दूसरा ECL स्रोत स्थानीय ऑसिलेटर (LO) के रूप में उपयोग किया जाता है। चूँकि ट्रांसमीटर एकल ध्रुवीकरण स्थितियों में संचालित होता है, इसलिए एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण (ADC) के लिए केवल दो इलेक्ट्रॉनिक चैनलों का उपयोग किया जाता है। डेटा RTO पर रिकॉर्ड किया जाता है और एक ऑफ़लाइन डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP) का उपयोग करके संसाधित किया जाता है।
जैसा कि चित्र 2 (c) में दिखाया गया है, IQ मॉड्यूलेटर का परीक्षण 40 Gbaud से 75 Gbaud तक QPSK मॉड्यूलेशन प्रारूप का उपयोग करके किया गया। परिणाम दर्शाते हैं कि 7% हार्ड डिसीजन फ़ॉरवर्ड एरर करेक्शन (HD-FEC) की स्थिति में, गति 140 Gb/s तक पहुँच सकती है; 20% सॉफ्ट डिसीजन फ़ॉरवर्ड 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 (b) में दिखाया गया है, तीन भुजाओं वाली संरचना 30 dB से अधिक ब्लैंकिंग दर वाले ऑप्टिकल वाहकों को प्रभावी ढंग से दबा सकती है। इस संरचना में वाहक के पूर्ण दमन की आवश्यकता नहीं होती है और इसका उपयोग उन रिसीवरों में भी किया जा सकता है जिन्हें सिग्नल पुनर्प्राप्त करने के लिए वाहक टोन की आवश्यकता होती है, जैसे कि क्रेमर क्रोनिग (KK) रिसीवर। वांछित वाहक-से-साइडबैंड अनुपात (CSR) प्राप्त करने के लिए वाहक को एक केंद्रीय भुजा फेज़ शिफ्टर के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है।
लाभ और अनुप्रयोग
पारंपरिक माच ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर की तुलना में (एमजेडएम मॉड्यूलेटर) और अन्य सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक IQ मॉड्यूलेटरों के साथ, प्रस्तावित सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर के कई फायदे हैं। सबसे पहले, यह आकार में कॉम्पैक्ट है, और IQ मॉड्यूलेटरों से 10 गुना से भी ज़्यादा छोटा है।माक ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर(बॉन्डिंग पैड को छोड़कर), इस प्रकार एकीकरण घनत्व बढ़ता है और चिप क्षेत्र कम होता है। दूसरे, स्टैक्ड इलेक्ट्रोड डिज़ाइन में टर्मिनल प्रतिरोधों के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे डिवाइस की धारिता 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 अलावा, GeSi EAM की ऑप्टिकल बैंडविड्थ बहुत व्यापक (30 नैनोमीटर से अधिक) है, जिससे माइक्रोवेव मॉड्यूलेटर (MRMs) के अनुनाद को स्थिर और सिंक्रनाइज़ करने के लिए मल्टी-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 के, 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 बनाता है।
वाहक-निरोधित सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, 20% SD-FEC स्थितियों में 150 Gb/s तक की डेटा संचरण दर के साथ। GeSi EAM पर आधारित इसकी सघन 3-आर्म संरचना, फ़ुटप्रिंट, ऊर्जा दक्षता और डिज़ाइन की सरलता के संदर्भ में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है। इस मॉड्यूलेटर में ऑप्टिकल वाहक को दबाने या समायोजित करने की क्षमता है और इसे मल्टी-लाइन कॉम्पैक्ट सुसंगत ट्रांसीवर्स के लिए सुसंगत संसूचन और क्रेमर क्रोनिग (KK) संसूचन योजनाओं के साथ एकीकृत किया जा सकता है। प्रदर्शित उपलब्धियाँ डेटा केंद्रों और अन्य क्षेत्रों में उच्च-क्षमता डेटा संचार की बढ़ती माँग को पूरा करने के लिए अत्यधिक एकीकृत और कुशल ऑप्टिकल ट्रांसीवर्स के निर्माण को प्रेरित करती हैं।
पोस्ट करने का समय: 21 जनवरी 2025