हाई-स्पीड सुसंगत संचार कॉम्पैक्ट सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक आईक्यू मॉड्यूलेटर के लिए

कॉम्पैक्ट सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रोनिकIQ न्यूनाधिकउच्च गति वाले सुसंगत संचार के लिए
उच्च डेटा ट्रांसमिशन दरों और डेटा केंद्रों में अधिक ऊर्जा-कुशल ट्रांससेवर की बढ़ती मांग ने कॉम्पैक्ट उच्च प्रदर्शन के विकास को संचालित किया हैऑप्टिकल मॉड्यूलेटर। सिलिकॉन आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक टेक्नोलॉजी (एसआईपीएच) एक ही चिप पर विभिन्न फोटोनिक घटकों को एकीकृत करने के लिए एक आशाजनक मंच बन गया है, जो कॉम्पैक्ट और लागत-प्रभावी समाधानों को सक्षम करता है। यह लेख GESI EAMS पर आधारित एक उपन्यास वाहक दबाए गए सिलिकॉन IQ मॉड्यूलेटर का पता लगाएगा, जो 75 GBAUD तक की आवृत्ति पर काम कर सकता है।
युक्ति अभिकर्मक और विशेषताएँ
प्रस्तावित IQ न्यूनाधिक एक कॉम्पैक्ट तीन हाथ संरचना को अपनाता है, जैसा कि चित्र 1 (ए) में दिखाया गया है। तीन GESI EAM और तीन थर्मो ऑप्टिकल चरण शिफ्टर्स से बना, एक सममित विन्यास को अपनाते हुए। इनपुट लाइट को एक झंझरी कपलर (GC) के माध्यम से चिप में जोड़ा जाता है और समान रूप से 1 × 3 मल्टीमोड इंटरफेरोमीटर (MMI) के माध्यम से तीन रास्तों में विभाजित किया जाता है। मॉड्यूलेटर और चरण शिफ्टर से गुजरने के बाद, प्रकाश को एक और 1 × 3 एमएमआई द्वारा पुनर्संयोजित किया जाता है और फिर एक एकल-मोड फाइबर (एसएसएमएफ) के लिए युग्मित किया जाता है।

चित्रा 1: (ए) आईक्यू न्यूनाधिक की सूक्ष्म छवि; (b) - (d) EO S21, विलुप्त होने का अनुपात स्पेक्ट्रम, और एक एकल GESI EAM का संप्रेषण; (ई) आईक्यू मॉड्यूलेटर के योजनाबद्ध आरेख और चरण शिफ्टर के इसी ऑप्टिकल चरण; (च) जटिल विमान पर वाहक दमन प्रतिनिधित्व। जैसा कि चित्र 1 (बी) में दिखाया गया है, GESI EAM में एक विस्तृत इलेक्ट्रो-ऑप्टिक बैंडविड्थ है। चित्रा 1 (बी) ने 67 गीगाहर्ट्ज ऑप्टिकल घटक विश्लेषक (एलसीए) का उपयोग करके एकल GESI EAM परीक्षण संरचना के S21 पैरामीटर को मापा। आंकड़े 1 (सी) और 1 (डी) क्रमशः अलग -अलग डीसी वोल्टेज पर स्थिर विलुप्त होने के अनुपात (ईआर) स्पेक्ट्रा और 1555 नैनोमीटर के तरंग दैर्ध्य पर ट्रांसमिशन को दर्शाते हैं।
जैसा कि चित्र 1 (ई) में दिखाया गया है, इस डिजाइन की मुख्य विशेषता मध्य हाथ में एकीकृत चरण शिफ्टर को समायोजित करके ऑप्टिकल वाहक को दबाने की क्षमता है। ऊपरी और निचले हथियारों के बीच का चरण अंतर π/2 है, जिसका उपयोग जटिल ट्यूनिंग के लिए किया जाता है, जबकि मध्य हाथ के बीच चरण अंतर -3 π/4 है। यह कॉन्फ़िगरेशन वाहक को विनाशकारी हस्तक्षेप के लिए अनुमति देता है, जैसा कि चित्र 1 (एफ) के जटिल विमान में दिखाया गया है।
प्रायोगिक सेटअप और परिणाम
उच्च गति प्रयोगात्मक सेटअप चित्र 2 (ए) में दिखाया गया है। एक मनमाना तरंग जनरेटर (Keysight M8194a) का उपयोग सिग्नल स्रोत के रूप में किया जाता है, और दो 60 GHz चरण मिलान RF एम्पलीफायरों (एकीकृत पूर्वाग्रह टीज़ के साथ) को मॉड्यूलेटर ड्राइवरों के रूप में उपयोग किया जाता है। GESI EAM का पूर्वाग्रह वोल्टेज -2.5 V है, और I और Q चैनलों के बीच विद्युत चरण बेमेल को कम करने के लिए एक चरण मिलान RF केबल का उपयोग किया जाता है।
चित्र 2: (ए) उच्च गति प्रयोगात्मक सेटअप, (बी) 70 जीबीड पर वाहक दमन, (सी) त्रुटि दर और डेटा दर, (डी) 70 जीबीड पर तारामंडल। 100 kHz के एक लाइनविड्थ, 1555 एनएम की तरंग दैर्ध्य और ऑप्टिकल वाहक के रूप में 12 dbm की शक्ति के साथ एक वाणिज्यिक बाहरी गुहा लेजर (ECL) का उपयोग करें। मॉड्यूलेशन के बाद, ऑप्टिकल सिग्नल को एक का उपयोग करके प्रवर्धित किया जाता हैपर्बियम-डोपेड फाइबर एम्पलीफायर(EDFA) ऑन-चिप युग्मन नुकसान और मॉड्यूलेटर सम्मिलन हानि के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए।
प्राप्त अंत में, एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक (OSA) सिग्नल स्पेक्ट्रम और वाहक दमन की निगरानी करता है, जैसा कि 70 GBAUD सिग्नल के लिए चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है। सिग्नल प्राप्त करने के लिए एक दोहरी ध्रुवीकरण सुसंगत रिसीवर का उपयोग करें, जिसमें 90 डिग्री ऑप्टिकल मिक्सर और चार होते हैं40 GHz संतुलित फोटोडायोड, और एक 33 गीगाहर्ट्ज, 80 जीएसए/एस रियल-टाइम ऑसिलोस्कोप (आरटीओ) (कीसाइट्स DSOZ634A) से जुड़ा है। 100 kHz के लाइनविड्थ के साथ दूसरा ECL स्रोत का उपयोग स्थानीय थरथरानवाला (LO) के रूप में किया जाता है। एकल ध्रुवीकरण स्थितियों के तहत ट्रांसमीटर के संचालन के कारण, केवल दो इलेक्ट्रॉनिक चैनलों का उपयोग एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण (एडीसी) के लिए किया जाता है। डेटा आरटीओ पर दर्ज किया गया है और एक ऑफ़लाइन डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) का उपयोग करके संसाधित किया गया है।
जैसा कि चित्र 2 (सी) में दिखाया गया है, IQ मॉड्यूलेटर का परीक्षण 40 GBAUD से 75 GBAUD से QPSK मॉड्यूलेशन प्रारूप का उपयोग करके किया गया था। परिणामों से संकेत मिलता है कि 7% हार्ड निर्णय फॉरवर्ड एरर सुधार (HD-FEC) शर्तों के तहत, दर 140 GB/S तक पहुंच सकती है; 20% सॉफ्ट डिसीजन फॉरवर्ड त्रुटि सुधार (एसडी-एफईसी) की स्थिति के तहत, गति 150 जीबी/एस तक पहुंच सकती है। 70 GBAUD पर नक्षत्र आरेख चित्र 2 (डी) में दिखाया गया है। परिणाम 33 गीगाहर्ट्ज के आस्टसीलस्कप बैंडविड्थ द्वारा सीमित है, जो लगभग 66 GBAUD के सिग्नल बैंडविड्थ के बराबर है।

जैसा कि चित्र 2 (बी) में दिखाया गया है, तीन एआरएम संरचना प्रभावी रूप से ऑप्टिकल वाहक को 30 डीबी से अधिक रिक्त दर के साथ 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 जिनके लिए वाहक टोन की आवश्यकता होती है, जैसे कि क्रेमर क्रोनिग (केके) रिसीवर जैसे संकेतों को पुनर्प्राप्त करने के लिए। वाहक को वांछित वाहक को साइडबैंड अनुपात (CSR) को प्राप्त करने के लिए एक केंद्रीय हाथ चरण शिफ्टर के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है।
लाभ और अनुप्रयोग
पारंपरिक मच ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर के साथ तुलना में (MZM न्यूनाधिक) और अन्य सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक आईक्यू मॉड्यूलेटर, प्रस्तावित सिलिकॉन आईक्यू न्यूनाधिक के कई फायदे हैं। सबसे पहले, यह आकार में कॉम्पैक्ट है, इस पर आधारित IQ मॉड्यूलेटर की तुलना में 10 गुना अधिक छोटा हैमच ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर(बॉन्डिंग पैड को छोड़कर), इस प्रकार एकीकरण घनत्व में वृद्धि और चिप क्षेत्र को कम करना। दूसरे, स्टैक्ड इलेक्ट्रोड डिज़ाइन को टर्मिनल रेसिस्टर्स के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे डिवाइस कैपेसिटेंस और एनर्जी प्रति बिट कम हो जाती है। तीसरा, वाहक दमन क्षमता ट्रांसमिशन पावर की कमी को अधिकतम करती है, जिससे ऊर्जा दक्षता में सुधार होता है।
इसके अलावा, GESI EAM का ऑप्टिकल बैंडविड्थ बहुत चौड़ा (30 से अधिक नैनोमीटर) है, जो कि माइक्रोवेव मॉड्यूलेटर (MRMS) की प्रतिध्वनि को स्थिर करने और सिंक्रनाइज़ करने के लिए मल्टी-चैनल फीडबैक कंट्रोल सर्किट और प्रोसेसर की आवश्यकता को समाप्त करता है, जिससे डिजाइन को सरल बनाया जाता है।
यह कॉम्पैक्ट और कुशल आईक्यू मॉड्यूलेटर अगली पीढ़ी, उच्च चैनल काउंट और डेटा सेंटरों में छोटे सुसंगत ट्रांससीवर्स के लिए अत्यधिक उपयुक्त है, जो उच्च क्षमता और अधिक ऊर्जा-कुशल ऑप्टिकल संचार को सक्षम करता है।
वाहक दबा हुआ सिलिकॉन आईक्यू मॉड्यूलेटर उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, जिसमें 20% एसडी-एफईसी शर्तों के तहत 150 जीबी/एस तक की डेटा ट्रांसमिशन दर 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 ट्रांससीवर्स के लिए सुसंगत पहचान और क्रेमर क्रोनिग (केके) डिटेक्शन योजनाओं के साथ एकीकृत किया जा सकता है। प्रदर्शन की गई उपलब्धियां डेटा केंद्रों और अन्य क्षेत्रों में उच्च क्षमता वाले डेटा संचार की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए अत्यधिक एकीकृत और कुशल ऑप्टिकल ट्रांससेवर्स की प्राप्ति को प्रेरित करती हैं।