مضغوط قائم على السيليكون الإلكترونيةمعدل الذكاءللاتصالات المتماسكة عالية السرعة
دفع الطلب المتزايد على ارتفاع معدلات انتقال البيانات والمزيد من أجهزة الإرسال والاستقبال فعالة في الطاقة في مراكز البيانات إلى تطوير الأداء العالي المدمجالمعدلات البصرية. أصبحت تقنية البصرية الإلكترونية المستندة إلى السيليكون (SIPH) منصة واعدة لدمج مكونات ضوئية مختلفة على شريحة واحدة ، مما يتيح حلولًا مضغوطة وفعالة من حيث التكلفة. ستستكشف هذه المقالة مُشكالًا جديدة من سيليكون ذكاء الناقل القمع استنادًا إلى gesi eams ، والتي يمكن أن تعمل بتردد يصل إلى 75 gbaud.
تصميم الجهاز وخصائصه
يتبنى مُشعر الذكاء المقترح بنية مزرعة ثلاثة ذراع ، كما هو مبين في الشكل 1 (أ). تتألف من ثلاثة محولات طور مرحلة من GESI وثلاثة محايير للمرحلة البصرية ، واعتماد تكوين متماثل. يقترن ضوء الإدخال في الشريحة من خلال مقرنة صريف (GC) ويقسم بالتساوي إلى ثلاثة مسارات من خلال مقياس تداخل متعدد الأدوار 1 × 3 (MMI). بعد المرور عبر المغير وملف الطور ، يتم إعادة خلط الضوء بواسطة 1 × 3 MMI آخر ثم يقترن بألياف الوضع الواحد (SSMF).
الشكل 1: (أ) صورة مجهرية لمعدل الذكاء ؛ (ب) - (د) EO S21 ، طيف نسبة الانقراض ، ونقل gesi eam واحد ؛ (هـ) الرسم التخطيطي لمجموعة IQ والمرحلة البصرية المقابلة من شيفتر الطور ؛ (و) تمثيل قمع الناقل على الطائرة المعقدة. كما هو مبين في الشكل 1 (ب) ، فإن Gesi eam لديه عرض نطاق واسع للكهرباء. الشكل 1 (ب) قياس المعلمة S21 لهيكل اختبار gesi eam واحد باستخدام محلل المكون البصري 67 جيجا هرتز (LCA). الشكلان 1 (ج) و 1 (د) على التوالي يصوران أطياف نسبة الانقراض الثابتة (ER) في فولتية DC مختلفة ونقل على طول موجة من 1555 نانومتر.
كما هو مبين في الشكل 1 (هـ) ، فإن الميزة الرئيسية لهذا التصميم هي القدرة على قمع شركات النقل البصرية عن طريق ضبط ناقل الطور المتكامل في الذراع الأوسط. يكون فرق الطور بين الذراعين العلوي والسفلي هو π/2 ، ويستخدم للضبط المعقد ، في حين أن فرق الطور بين الذراع الأوسط هو -3 π/4. يسمح هذا التكوين بالتداخل المدمر للناقل ، كما هو موضح في المستوى المعقد للشكل 1 (و).
الإعداد والنتائج التجريبية
يظهر الإعداد التجريبي عالي السرعة في الشكل 2 (أ). يتم استخدام مولد شكل موجة تعسفي (Keysight M8194a) كمصدر للإشارة ، ويتم استخدام اثنين من مضخمات RF متطابقة مع 60 جيجا هرتز (مع المحملات التحيز المتكاملة) كمحركات محرك. الجهد التحيز لـ Gesi eam هو -2.5 فولت ، ويتم استخدام كابل RF المتطابق للمرحلة لتقليل عدم تطابق الطور الكهربائي بين قنوات I و Q.
الشكل 2: (أ) الإعداد التجريبي عالي السرعة ، (ب) قمع الناقل عند 70 gbaud ، (ج) معدل الخطأ ومعدل البيانات ، (د) كوكبة عند 70 gbaud. استخدم ليزر التجويف الخارجي التجاري (ECL) مع عرض خط خط واحد 100 كيلو هرتز ، وطول موجة 1555 نانومتر ، وطاقة 12 ديسيبل كحامل بصري. بعد التعديل ، يتم تضخيم الإشارة البصرية باستخدامerbium doped الألياف مكبر للصوت(EDFA) للتعويض عن خسائر الاقتران على الرقاقة وخسائر إدخال المغير.
في الطرف المتلقي ، يراقب محلل الطيف البصري (OSA) طيف الإشارة وقمع الناقل ، كما هو مبين في الشكل 2 (ب) لإشارة 70 gbaud. استخدم جهاز استقبال متماسك مزدوج الاستقطاب لتلقي الإشارات ، والذي يتكون من خلاط ضوئي 90 درجة وأربعة40 جيجا هرتز المتوازنة الضوئية، وهو متصل بذبذاب 33 جيجا هرتز ، 80 GSA/S في الوقت الفعلي (RTO) (Keysight DSOZ634A). يتم استخدام مصدر ECL الثاني مع عرض خط 100 كيلو هرتز كمذبذب محلي (LO). بسبب جهاز الإرسال الذي يعمل في ظل ظروف الاستقطاب المفردة ، يتم استخدام قناتين إلكترونية فقط للتحويل التناظري إلى الرقمي (ADC). يتم تسجيل البيانات على RTO ومعالجتها باستخدام معالج إشارة رقمي غير متصل (DSP).
كما هو مبين في الشكل 2 (ج) ، تم اختبار مُشكِّل معدل الذكاء باستخدام تنسيق تعديل QPSK من 40 GBAUD إلى 75 GBAUD. تشير النتائج إلى أنه تحت 7 ٪ من شروط تصحيح الأخطاء إلى الأمام بنسبة 7 ٪ (HD-FEC) ، يمكن أن يصل المعدل إلى 140 جيجابايت/ثانية ؛ في ظل حالة 20 ٪ من تصحيح الخطأ إلى الأمام (SD-FEC) ، يمكن أن تصل السرعة إلى 150 جيجابايت/ثانية. يوضح الشكل 2 (د) مخطط كوكبة في 70 gbaud. وتقتصر النتيجة على عرض النطاق الترددي للذباذات البالغ 33 جيجا هرتز ، وهو ما يعادل عرض النطاق الترددي للإشارة حوالي 66 جيجا بادر.
كما هو مبين في الشكل 2 (ب) ، يمكن أن يقمع بنية الذراع الثلاثة بشكل فعال الناقلات البصرية بمعدل طيور يتجاوز 30 ديسيبل. لا يتطلب هذا الهيكل قمعًا تامًا للناقل ويمكن أيضًا استخدامه في أجهزة الاستقبال التي تتطلب نغمات الناقل لاسترداد الإشارات ، مثل مستقبلات Kramer Kronig (KK). يمكن ضبط الناقل من خلال شيفتر مرحلة الذراع المركزية لتحقيق نسبة النطاق الجانبي المطلوب إلى النطاق الجانبي (CSR).
المزايا والتطبيقات
بالمقارنة مع معدلات Mach Zehnder التقليدية (MZM Modulators) وغيرها من وحدات IQ الإلكترونية البصرية القائمة على السيليكون ، يتمتع مُحسِّن Silicon IQ المقترح بمزايا متعددة. أولاً ، هو مضغوط في الحجم ، أكثر من 10 مرات أصغر من معدلات الذكاء بناءً علىMach Zehnder Modulators(باستثناء منصات الترابط) ، وبالتالي زيادة كثافة التكامل وتقليل مساحة الرقائق. ثانياً ، لا يتطلب تصميم القطب المكدس استخدام المقاومات الطرفية ، وبالتالي تقليل سعة الجهاز والطاقة لكل بت. ثالثًا ، تزيد قدرة قمع الناقل من تقليل قوة الإرسال ، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن عرض النطاق الترددي البصري لـ Gesi EAM واسع جدًا (أكثر من 30 نانومترًا) ، مما يلغي الحاجة إلى دوائر ومعالجات التحكم في التغذية المرتدة متعددة القنوات لتثبيت وتزامن صدى مُحوّلات الميكروويف (MRMs) ، وبالتالي تبسيط التصميم.
يعد هذا المُجمَّع المدمج والفعال من الذكاء مناسبًا للغاية للجيل القادم ، وعدد القنوات العالي ، والمستقبليات الصغيرة المتماسكة في مراكز البيانات ، مما يتيح قدرة أعلى وتواصل بصري أكثر كفاءة في الطاقة.
يعرض الناقل القمع المغير السيليكون ذكاء أداء ممتاز ، بمعدل نقل بيانات يصل إلى 150 جيجابايت/ثانية تحت 20 ٪ من شروط SD-FEC. إن بنية الذراع المدمجة التي تستند إلى Gesi eam لها مزايا كبيرة من حيث البصمة وكفاءة الطاقة وبساطة التصميم. يتمتع هذا المغير بالقدرة على قمع أو ضبط الناقل البصري ويمكن دمجه مع الكشف المتماسك وخطط الكشف عن Kramer Kronig (KK) لمستقبلين متماسكين متعدد الخطوط. تدفع الإنجازات الموضحة إلى تحقيق إدراك أجهزة نقل بصرية متكاملة وفعالة لتلبية الطلب المتزايد على اتصال البيانات عالية السعة في مراكز البيانات والمجالات الأخرى.
وقت النشر: يناير -21-2025