අධිවේගී සහසම්බන්ධ සන්නිවේදනය සඳහා සංයුක්ත සිලිකන් මත පදනම් වූ දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික IQ මොඩියුලේටරය

සංයුක්ත සිලිකන්-පාදක දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනිකIQ මොඩියුලේටරයඅධිවේගී සහසම්බන්ධ සන්නිවේදනය සඳහා
දත්ත මධ්‍යස්ථානවල ඉහළ දත්ත සම්ප්‍රේෂණ අනුපාත සහ වඩාත් බලශක්ති කාර්යක්ෂම සම්ප්‍රේෂක සඳහා ඇති ඉල්ලුම වැඩිවීම, සංයුක්ත ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත සම්ප්‍රේෂක සංවර්ධනයට හේතු වී තිබේ.දෘශ්‍ය මොඩියුලේටර්. සිලිකන් පාදක දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික තාක්‍ෂණය (SiPh) විවිධ ෆෝටෝනික් සංරචක තනි චිපයකට ඒකාබද්ධ කිරීම සඳහා පොරොන්දු වූ වේදිකාවක් බවට පත්ව ඇති අතර එමඟින් සංයුක්ත හා ලාභදායී විසඳුම් සක්‍රීය කරයි. මෙම ලිපියෙන් GeSi EAM මත පදනම් වූ නව වාහක මර්දනය කරන ලද සිලිකන් IQ මොඩියුලේටරයක් ​​ගවේෂණය කරනු ඇත, එය 75 Gbaud දක්වා සංඛ්‍යාතයකින් ක්‍රියා කළ හැකිය.
උපාංගයේ සැලසුම සහ ලක්ෂණ
යෝජිත IQ මොඩියුලේටරය රූපය 1 (a) හි දැක්වෙන පරිදි සංයුක්ත ත්‍රි-අත් ව්‍යුහයක් අනුගමනය කරයි. සමමිතික වින්‍යාසයක් අනුගමනය කරමින් GeSi EAM තුනකින් සහ තාප දෘශ්‍ය අවධි මාරු කරන්නන් තුනකින් සමන්විත වේ. ආදාන ආලෝකය ග්‍රේටින් කප්ලර් (GC) හරහා චිපයට සම්බන්ධ කර 1×3 බහුමාධ්‍ය අතුරුමාධකයක් (MMI) හරහා මාර්ග තුනකට ඒකාකාරව බෙදා ඇත. මොඩියුලේටරය සහ අවධි මාරු කරන්නා හරහා ගමන් කිරීමෙන් පසු, ආලෝකය තවත් 1×3 MMI මගින් නැවත ඒකාබද්ධ කර තනි-මාධ්‍ය තන්තුවකට (SSMF) සම්බන්ධ කරනු ලැබේ.

රූපය 1: (අ) IQ මොඩියුලේටරයේ අන්වීක්ෂීය රූපය; (ආ) - (ඈ) EO S21, වඳවීමේ අනුපාත වර්ණාවලිය සහ තනි GeSi EAM එකක සම්ප්‍රේෂණය; (ඉ) IQ මොඩියුලේටරයේ ක්‍රමානුරූප රූප සටහන සහ අදියර මාරු කරන්නාගේ අනුරූප දෘශ්‍ය අවධිය; (එෆ්) සංකීර්ණ තලයේ වාහක මර්දන නිරූපණය. රූපය 1 (ආ) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, GeSi EAM පුළුල් විද්‍යුත්-දෘශ්‍ය කලාප පළලක් ඇත. රූපය 1 (ආ) 67 GHz දෘශ්‍ය සංරචක විශ්ලේෂකයක් (LCA) භාවිතයෙන් තනි GeSi EAM පරීක්ෂණ ව්‍යුහයක S21 පරාමිතිය මනිනු ලැබීය. රූප 1 (ඇ) සහ 1 (ඈ) පිළිවෙලින් විවිධ DC වෝල්ටීයතාවයන්හිදී ස්ථිතික වඳවීමේ අනුපාතය (ER) වර්ණාවලිය සහ නැනෝමීටර 1555 ක තරංග ආයාමයකින් සම්ප්‍රේෂණය නිරූපණය කරයි.
රූපය 1 (e) හි දැක්වෙන පරිදි, මෙම සැලසුමේ ප්‍රධාන ලක්ෂණය වන්නේ මැද අතෙහි ඒකාබද්ධ අවධි මාරුකය සකස් කිරීමෙන් දෘශ්‍ය වාහක මර්දනය කිරීමේ හැකියාවයි. ඉහළ සහ පහළ අත් අතර අවධි වෙනස π/2 වන අතර එය සංකීර්ණ සුසර කිරීම සඳහා භාවිතා කරන අතර මැද අත අතර අවධි වෙනස -3 π/4 වේ. මෙම වින්‍යාසය රූප සටහන 1 (f) හි සංකීර්ණ තලයේ දැක්වෙන පරිදි, වාහකයාට විනාශකාරී මැදිහත්වීම් සඳහා ඉඩ සලසයි.
පර්යේෂණාත්මක සැකසුම සහ ප්‍රතිඵල
අධිවේගී අත්හදා බැලීමේ සැකසුම රූප සටහන 2 (a) හි දක්වා ඇත. අත්තනෝමතික තරංග ආකෘති උත්පාදකයක් (Keysight M8194A) සංඥා ප්‍රභවය ලෙස භාවිතා කරන අතර, 60 GHz අදියර ගැලපෙන RF ඇම්ප්ලිෆයර් දෙකක් (ඒකාබද්ධ පක්ෂග්‍රාහී ටී සහිත) මොඩියුලේටර් ධාවක ලෙස භාවිතා කරයි. GeSi EAM හි පක්ෂග්‍රාහී වෝල්ටීයතාවය -2.5 V වන අතර, I සහ Q නාලිකා අතර විද්‍යුත් අවධි නොගැලපීම අවම කිරීම සඳහා අදියර ගැලපෙන RF කේබලයක් භාවිතා කරයි.
රූපය 2: (අ) අධිවේගී පර්යේෂණාත්මක සැකසුම, (ආ) 70 Gbaud හි වාහක මර්දනය, (ඇ) දෝෂ අනුපාතය සහ දත්ත අනුපාතය, (ඈ) 70 Gbaud හි තාරකා මණ්ඩලය. 100 kHz රේඛීය පළල, 1555 nm තරංග ආයාමය සහ 12 dBm බලයක් සහිත වාණිජ බාහිර කුහර ලේසර් (ECL) දෘශ්‍ය වාහකය ලෙස භාවිතා කරන්න. මොඩියුලේෂන් කිරීමෙන් පසු, දෘශ්‍ය සංඥාව භාවිතා කරමින් විස්තාරණය කරනු ලැබේඑර්බියම්-ඩෝප් කළ තන්තු ඇම්ප්ලිෆයර්(EDFA) චිපයේ සම්බන්ධක පාඩු සහ මොඩියුලේටර් ඇතුළු කිරීමේ පාඩු සඳහා වන්දි ගෙවීමට.
70 Gbaud සංඥාවක් සඳහා රූප සටහන 2 (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ග්‍රාහක අන්තයේදී, දෘශ්‍ය වර්ණාවලි විශ්ලේෂකයක් (OSA) සංඥා වර්ණාවලිය සහ වාහක මර්දනය නිරීක්ෂණය කරයි. 90 අංශක දෘශ්‍ය මිශ්‍රණයක් සහ 4 කින් සමන්විත සංඥා ලබා ගැනීම සඳහා ද්විත්ව ධ්‍රැවීකරණ සහසම්බන්ධ ග්‍රාහකයක් භාවිතා කරන්න.40 GHz සමතුලිත ෆොටෝ ඩයෝඩ, සහ 33 GHz, 80 GSa/s තත්‍ය කාලීන දෝලන දර්ශනයකට (RTO) (Keysight DSOZ634A) සම්බන්ධ කර ඇත. 100 kHz රේඛීය පළලක් සහිත දෙවන ECL මූලාශ්‍රය දේශීය දෝලකයක් (LO) ලෙස භාවිතා කරයි. සම්ප්‍රේෂකය තනි ධ්‍රැවීකරණ තත්වයන් යටතේ ක්‍රියාත්මක වන නිසා, ඇනලොග්-ඩිජිටල් පරිවර්තනය (ADC) සඳහා ඉලෙක්ට්‍රොනික නාලිකා දෙකක් පමණක් භාවිතා වේ. දත්ත RTO හි සටහන් කර නොබැඳි ඩිජිටල් සංඥා සකසනයක් (DSP) භාවිතයෙන් සකසනු ලැබේ.
රූපය 2 (c) හි දැක්වෙන පරිදි, IQ මොඩියුලේටරය 40 Gbaud සිට 75 Gbaud දක්වා QPSK මොඩියුලේෂන් ආකෘතිය භාවිතයෙන් පරීක්ෂා කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ 7% දෘඪ තීරණ ඉදිරි දෝෂ නිවැරදි කිරීමේ (HD-FEC) තත්වයන් යටතේ, අනුපාතය 140 Gb/s දක්වා ළඟා විය හැකි බවයි; 20% මෘදු තීරණ ඉදිරි දෝෂ නිවැරදි කිරීමේ (SD-FEC) කොන්දේසිය යටතේ, වේගය 150 Gb/s දක්වා ළඟා විය හැකිය. 70 Gbaud හි තාරකා මණ්ඩල රූප සටහන රූපය 2 (d) හි දක්වා ඇත. ප්‍රතිඵලය 33 GHz හි දෝලන කලාප පළල මගින් සීමා කර ඇති අතර එය ආසන්න වශයෙන් 66 Gbaud සංඥා කලාප පළලකට සමාන වේ.

රූප සටහන 2 (b) හි දැක්වෙන පරිදි, ත්‍රි-අත් ව්‍යුහයට 30 dB ඉක්මවන හිස් කිරීමේ අනුපාතයක් සහිත දෘශ්‍ය වාහක ඵලදායී ලෙස මර්දනය කළ හැකිය. මෙම ව්‍යුහයට වාහකය සම්පූර්ණයෙන් මර්දනය කිරීම අවශ්‍ය නොවන අතර ක්‍රේමර් ක්‍රොනිග් (KK) ග්‍රාහක වැනි සංඥා නැවත ලබා ගැනීමට වාහක නාද අවශ්‍ය වන ග්‍රාහකවල ද භාවිතා කළ හැකිය. අපේක්ෂිත වාහකය සිට පැති කලාප අනුපාතය (CSR) ලබා ගැනීම සඳහා මධ්‍යම බාහු අවධි මාරුකයක් හරහා වාහකය සකස් කළ හැකිය.
වාසි සහ යෙදුම්
සාම්ප්‍රදායික මැක් සෙන්ඩර් මොඩියුලේටර් සමඟ සසඳන විට (MZM මොඩියුලේටර්) සහ අනෙකුත් සිලිකන් මත පදනම් වූ දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික IQ මොඩියුලේටර්, යෝජිත සිලිකන් IQ මොඩියුලේටරයට බහුවිධ වාසි ඇත. පළමුව, එය ප්‍රමාණයෙන් සංයුක්ත වන අතර, IQ මොඩියුලේටර් වලට වඩා 10 ගුණයකට වඩා කුඩා වේ.මැක් සෙන්ඩර් මොඩියුලේටර්(බන්ධන පෑඩ් හැර), එමඟින් ඒකාබද්ධ ඝනත්වය වැඩි කිරීම සහ චිප් ප්‍රදේශය අඩු කිරීම. දෙවනුව, ගොඩගැසූ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සැලසුමට පර්යන්ත ප්‍රතිරෝධක භාවිතා කිරීම අවශ්‍ය නොවන අතර එමඟින් උපාංග ධාරිතාව සහ බිට් එකකට ශක්තිය අඩු කරයි. තෙවනුව, වාහක මර්දන හැකියාව සම්ප්‍රේෂණ බලය අඩු කිරීම උපරිම කරයි, බලශක්ති කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩි දියුණු කරයි.
මීට අමතරව, GeSi EAM හි දෘශ්‍ය කලාප පළල ඉතා පුළුල් (නැනෝමීටර 30 ට වැඩි), මයික්‍රෝවේව් මොඩියුලේටර් (MRMs) වල අනුනාදය ස්ථාවර කිරීමට සහ සමමුහුර්ත කිරීමට බහු-නාලිකා ප්‍රතිපෝෂණ පාලන පරිපථ සහ සකසනයන් සඳහා අවශ්‍යතාවය ඉවත් කරයි, එමඟින් සැලසුම සරල කරයි.
මෙම සංයුක්ත හා කාර්යක්ෂම IQ මොඩියුලේටරය ඊළඟ පරම්පරාවේ, ඉහළ නාලිකා ගණන සහ දත්ත මධ්‍යස්ථානවල කුඩා සහසම්බන්ධ සම්ප්‍රේෂක සඳහා ඉතා සුදුසු වන අතර, ඉහළ ධාරිතාවක් සහ වඩාත් බලශක්ති කාර්යක්ෂම දෘශ්‍ය සන්නිවේදනයක් සක්‍රීය කරයි.
වාහක මර්දනය කරන ලද සිලිකන් IQ මොඩියුලේටරය 20% SD-FEC තත්වයන් යටතේ 150 Gb/s දක්වා දත්ත සම්ප්‍රේෂණ අනුපාතයක් සහිතව විශිෂ්ට කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කරයි. GeSi EAM මත පදනම් වූ එහි සංයුක්ත 3-අත් ව්‍යුහය පියසටහන, බලශක්ති කාර්යක්ෂමතාව සහ සැලසුම් සරල බව අනුව සැලකිය යුතු වාසි ඇත. මෙම මොඩියුලේටරයට දෘශ්‍ය වාහකය මර්දනය කිරීමට හෝ සකස් කිරීමට හැකියාව ඇති අතර බහු රේඛා සංයුක්ත සහසම්බන්ධ සම්ප්‍රේෂක සඳහා සහසම්බන්ධ හඳුනාගැනීම සහ ක්‍රේමර් ක්‍රොනිග් (KK) හඳුනාගැනීමේ යෝජනා ක්‍රම සමඟ ඒකාබද්ධ කළ හැකිය. දත්ත මධ්‍යස්ථාන සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්‍රවල ඉහළ ධාරිතාවයකින් යුත් දත්ත සන්නිවේදනය සඳහා වැඩිවන ඉල්ලුම සපුරාලීම සඳහා ඉතා ඒකාබද්ධ සහ කාර්යක්ෂම දෘශ්‍ය සම්ප්‍රේෂක සාක්ෂාත් කර ගැනීමට මෙම ජයග්‍රහණ හේතු වේ.