উচ্চ-গতির সুসংগত যোগাযোগের জন্য কম্প্যাক্ট সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিক আইকিউ মডুলেটর

কমপ্যাক্ট সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিকআইকিউ মডুলেটরউচ্চ-গতির সুসংগত যোগাযোগের জন্য
ডেটা সেন্টারগুলিতে উচ্চতর ডেটা ট্রান্সমিশন হার এবং আরও শক্তি-সাশ্রয়ী ট্রান্সসিভারের ক্রমবর্ধমান চাহিদা কমপ্যাক্ট উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ট্রান্সসিভারের বিকাশকে চালিত করেছে।অপটিক্যাল মডুলেটর। সিলিকন ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিক প্রযুক্তি (SiPh) বিভিন্ন ফোটোনিক উপাদানকে একটি একক চিপে একীভূত করার জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্ল্যাটফর্ম হয়ে উঠেছে, যা কম্প্যাক্ট এবং সাশ্রয়ী সমাধান সক্ষম করে। এই নিবন্ধটি GeSi EAM-এর উপর ভিত্তি করে একটি অভিনব ক্যারিয়ার-সপ্রেসড সিলিকন IQ মডুলেটর অন্বেষণ করবে, যা 75 Gbaud পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে।
ডিভাইসের নকশা এবং বৈশিষ্ট্য
প্রস্তাবিত আইকিউ মডুলেটরটি চিত্র ১ (ক) তে দেখানো একটি কম্প্যাক্ট তিন বাহু কাঠামো গ্রহণ করে। তিনটি GeSi EAM এবং তিনটি থার্মো অপটিক্যাল ফেজ শিফটারের সমন্বয়ে গঠিত, যা একটি প্রতিসম কনফিগারেশন গ্রহণ করে। ইনপুট আলো একটি গ্রেটিং কাপলার (GC) এর মাধ্যমে চিপে সংযুক্ত করা হয় এবং 1×3 মাল্টিমোড ইন্টারফেরোমিটার (MMI) এর মাধ্যমে সমানভাবে তিনটি পথে বিভক্ত করা হয়। মডুলেটর এবং ফেজ শিফটারের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে, আলোটি আরেকটি 1×3 MMI দ্বারা পুনরায় সংযুক্ত করা হয় এবং তারপর একটি একক-মোড ফাইবার (SSMF) এর সাথে সংযুক্ত করা হয়।

চিত্র ১: (ক) IQ মডুলেটরের মাইক্রোস্কোপিক চিত্র; (খ) – (ঘ) EO S21, একটি একক GeSi EAM এর বিলুপ্তি অনুপাত বর্ণালী এবং ট্রান্সমিট্যান্স; (ঙ) IQ মডুলেটরের স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম এবং ফেজ শিফটারের সংশ্লিষ্ট অপটিক্যাল ফেজ; (চ) জটিল সমতলে ক্যারিয়ার দমন উপস্থাপনা। চিত্র ১ (খ) তে দেখানো হয়েছে, GeSi EAM এর একটি বিস্তৃত ইলেক্ট্রো-অপটিক ব্যান্ডউইথ রয়েছে। চিত্র ১ (খ) একটি 67 GHz অপটিক্যাল কম্পোনেন্ট অ্যানালাইজার (LCA) ব্যবহার করে একটি একক GeSi EAM পরীক্ষার কাঠামোর S21 প্যারামিটার পরিমাপ করেছে। চিত্র ১ (গ) এবং ১ (ঘ) যথাক্রমে বিভিন্ন DC ভোল্টেজে স্ট্যাটিক এক্সটিনশন অনুপাত (ER) বর্ণালী এবং 1555 ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ট্রান্সমিশন চিত্রিত করে।
চিত্র ১ (ঙ) তে দেখানো হয়েছে, এই নকশার প্রধান বৈশিষ্ট্য হল মধ্য বাহুতে ইন্টিগ্রেটেড ফেজ শিফটার সামঞ্জস্য করে অপটিক্যাল ক্যারিয়ারগুলিকে দমন করার ক্ষমতা। উপরের এবং নীচের বাহুগুলির মধ্যে ফেজ পার্থক্য হল π/2, যা জটিল টিউনিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে মধ্য বাহুগুলির মধ্যে ফেজ পার্থক্য হল -3 π/4। এই কনফিগারেশনটি ক্যারিয়ারে ধ্বংসাত্মক হস্তক্ষেপের অনুমতি দেয়, যেমন চিত্র ১ (চ) এর জটিল সমতলে দেখানো হয়েছে।
পরীক্ষামূলক সেটআপ এবং ফলাফল
উচ্চ-গতির পরীক্ষামূলক সেটআপ চিত্র 2 (a) এ দেখানো হয়েছে। একটি নির্বিচারে তরঙ্গরূপ জেনারেটর (Keysight M8194A) সিগন্যাল উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং দুটি 60 GHz ফেজ ম্যাচ করা RF অ্যামপ্লিফায়ার (ইন্টিগ্রেটেড বায়াস টি সহ) মডুলেটর ড্রাইভার হিসেবে ব্যবহৃত হয়। GeSi EAM এর বায়াস ভোল্টেজ -2.5 V, এবং I এবং Q চ্যানেলের মধ্যে বৈদ্যুতিক ফেজ অমিল কমাতে একটি ফেজ ম্যাচ করা RF কেবল ব্যবহার করা হয়।
চিত্র ২: (ক) উচ্চ গতির পরীক্ষামূলক সেটআপ, (খ) ৭০ জিবাউডে ক্যারিয়ার দমন, (গ) ত্রুটির হার এবং ডেটা হার, (ঘ) ৭০ জিবাউডে নক্ষত্রমণ্ডল। ১০০ কিলোহার্জ লাইনউইথ, ১৫৫৫ এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং ১২ ডিবিএম শক্তি সহ একটি বাণিজ্যিক বহিরাগত গহ্বর লেজার (ECL) অপটিক্যাল ক্যারিয়ার হিসাবে ব্যবহার করুন। মড্যুলেশনের পরে, অপটিক্যাল সিগন্যালটি একটি ব্যবহার করে প্রশস্ত করা হয়এর্বিয়াম-ডোপড ফাইবার অ্যামপ্লিফায়ার(EDFA) অন-চিপ কাপলিং ক্ষতি এবং মডুলেটর সন্নিবেশ ক্ষতির ক্ষতিপূরণ দিতে।
রিসিভিং এন্ডে, একটি অপটিক্যাল স্পেকট্রাম অ্যানালাইজার (OSA) সিগন্যাল স্পেকট্রাম এবং ক্যারিয়ার দমন পর্যবেক্ষণ করে, যেমনটি চিত্র 2 (b) তে 70 Gbaud সিগন্যালের জন্য দেখানো হয়েছে। সিগন্যাল গ্রহণের জন্য একটি দ্বৈত পোলারাইজেশন কোহেরেন্ট রিসিভার ব্যবহার করুন, যার মধ্যে একটি 90 ডিগ্রি অপটিক্যাল মিক্সার এবং চারটি থাকে৪০ গিগাহার্জ ব্যালেন্সড ফটোডায়োড, এবং এটি একটি 33 GHz, 80 GSa/s রিয়েল-টাইম অসিলোস্কোপ (RTO) (Keysight DSOZ634A) এর সাথে সংযুক্ত। 100 kHz লাইনউইথ সহ দ্বিতীয় ECL উৎসটি স্থানীয় অসিলেটর (LO) হিসাবে ব্যবহৃত হয়। একক মেরুকরণ অবস্থার অধীনে ট্রান্সমিটারটি কাজ করার কারণে, অ্যানালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তর (ADC) এর জন্য মাত্র দুটি ইলেকট্রনিক চ্যানেল ব্যবহার করা হয়। ডেটা RTO তে রেকর্ড করা হয় এবং একটি অফলাইন ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর (DSP) ব্যবহার করে প্রক্রিয়াজাত করা হয়।
চিত্র ২ (c) তে দেখানো হয়েছে, ৪০ Gbaud থেকে ৭৫ Gbaud পর্যন্ত QPSK মড্যুলেশন ফর্ম্যাট ব্যবহার করে IQ মডুলেটরটি পরীক্ষা করা হয়েছিল। ফলাফলগুলি নির্দেশ করে যে ৭% হার্ড ডিসিশন ফরোয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন (HD-FEC) অবস্থার অধীনে, হার ১৪০ Gb/s পৌঁছাতে পারে; ২০% নরম ডিসিশন ফরোয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন (SD-FEC) এর শর্তে, গতি ১৫০ Gb/s পৌঁছাতে পারে। ৭০ Gbaud এ নক্ষত্রমণ্ডল চিত্রটি চিত্র ২ (d) তে দেখানো হয়েছে। ফলাফলটি ৩৩ GHz এর অসিলোস্কোপ ব্যান্ডউইথ দ্বারা সীমাবদ্ধ, যা প্রায় ৬৬ Gbaud এর সিগন্যাল ব্যান্ডউইথের সমতুল্য।

চিত্র ২ (খ) তে দেখানো হয়েছে, তিন বাহু কাঠামোটি ৩০ ডিবি-র বেশি ব্ল্যাঙ্কিং রেট সহ অপটিক্যাল ক্যারিয়ারগুলিকে কার্যকরভাবে দমন করতে পারে। এই কাঠামোর জন্য ক্যারিয়ারের সম্পূর্ণ দমনের প্রয়োজন হয় না এবং ক্র্যামার ক্রোনিগ (কেকে) রিসিভারের মতো সিগন্যাল পুনরুদ্ধারের জন্য ক্যারিয়ার টোন প্রয়োজন এমন রিসিভারগুলিতেও এটি ব্যবহার করা যেতে পারে। ক্যারিয়ারটিকে একটি কেন্দ্রীয় আর্ম ফেজ শিফটারের মাধ্যমে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে যাতে পছন্দসই ক্যারিয়ার থেকে সাইডব্যান্ড অনুপাত (CSR) অর্জন করা যায়।
সুবিধা এবং প্রয়োগ
ঐতিহ্যবাহী ম্যাক জেহেন্ডার মডুলেটরের সাথে তুলনা করা হয়েছে (MZM মডুলেটর) এবং অন্যান্য সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিক আইকিউ মডুলেটর, প্রস্তাবিত সিলিকন আইকিউ মডুলেটরের একাধিক সুবিধা রয়েছে। প্রথমত, এটি আকারে কমপ্যাক্ট, আইকিউ মডুলেটরের তুলনায় ১০ গুণেরও বেশি ছোটম্যাক জেহেন্ডার মডুলেটর(বন্ডিং প্যাড বাদে), ফলে ইন্টিগ্রেশন ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় এবং চিপ এরিয়া হ্রাস পায়। দ্বিতীয়ত, স্ট্যাকড ইলেক্ট্রোড ডিজাইনে টার্মিনাল রেজিস্টর ব্যবহারের প্রয়োজন হয় না, যার ফলে ডিভাইসের ক্যাপাসিট্যান্স এবং প্রতি বিট শক্তি হ্রাস পায়। তৃতীয়ত, ক্যারিয়ার দমন ক্ষমতা ট্রান্সমিশন পাওয়ার হ্রাস সর্বাধিক করে তোলে, শক্তি দক্ষতা আরও উন্নত করে।
এছাড়াও, GeSi EAM-এর অপটিক্যাল ব্যান্ডউইথ খুবই প্রশস্ত (30 ন্যানোমিটারেরও বেশি), যা মাইক্রোওয়েভ মডুলেটর (MRM) এর অনুরণন স্থিতিশীল এবং সিঙ্ক্রোনাইজ করার জন্য মাল্টি-চ্যানেল ফিডব্যাক কন্ট্রোল সার্কিট এবং প্রসেসরের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, যার ফলে নকশাটি সহজ হয়।
এই কম্প্যাক্ট এবং দক্ষ আইকিউ মডুলেটরটি পরবর্তী প্রজন্মের, উচ্চ চ্যানেল সংখ্যা এবং ডেটা সেন্টারে ছোট সুসঙ্গত ট্রান্সসিভারের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত, যা উচ্চ ক্ষমতা এবং আরও শক্তি-দক্ষ অপটিক্যাল যোগাযোগ সক্ষম করে।
ক্যারিয়ার সপ্রেসড সিলিকন আইকিউ মডুলেটরটি চমৎকার কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে, ২০% SD-FEC অবস্থার অধীনে ১৫০ Gb/s পর্যন্ত ডেটা ট্রান্সমিশন রেট সহ। GeSi EAM-এর উপর ভিত্তি করে এর কম্প্যাক্ট ৩-আর্ম কাঠামোর ফুটপ্রিন্ট, শক্তি দক্ষতা এবং নকশার সরলতার দিক থেকে উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে। এই মডুলেটরটি অপটিক্যাল ক্যারিয়ারকে দমন বা সামঞ্জস্য করার ক্ষমতা রাখে এবং মাল্টি লাইন কম্প্যাক্ট কোহেরেন্ট ট্রান্সসিভারের জন্য কোহেরেন্ট ডিটেকশন এবং ক্র্যামার ক্রোনিগ (KK) ডিটেকশন স্কিমের সাথে একীভূত করা যেতে পারে। প্রদর্শিত সাফল্যগুলি ডেটা সেন্টার এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে উচ্চ-ক্ষমতা সম্পন্ন ডেটা যোগাযোগের ক্রমবর্ধমান চাহিদা মেটাতে অত্যন্ত সমন্বিত এবং দক্ষ অপটিক্যাল ট্রান্সসিভার বাস্তবায়নকে চালিত করে।