উচ্চ-গতির সুসংগত যোগাযোগ কমপ্যাক্ট সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিক আইকিউ মডুলেটরের জন্য

কমপ্যাক্ট সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিকআইকিউ মডুলেটরউচ্চ-গতির সুসংগত যোগাযোগের জন্য
ডেটা সেন্টারে উচ্চতর ডেটা ট্রান্সমিশন হার এবং আরও শক্তি-দক্ষ ট্রান্সসিভারের ক্রমবর্ধমান চাহিদা কমপ্যাক্ট উচ্চ-কর্মক্ষমতার বিকাশকে চালিত করেছেঅপটিক্যাল মডুলেটর. সিলিকন ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিক প্রযুক্তি (SiPh) একটি একক চিপে বিভিন্ন ফোটোনিক উপাদান একত্রিত করার জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্ল্যাটফর্ম হয়ে উঠেছে, কমপ্যাক্ট এবং সাশ্রয়ী সমাধানগুলি সক্ষম করে৷ এই নিবন্ধটি GeSi EAM-এর উপর ভিত্তি করে একটি অভিনব ক্যারিয়ার চাপা সিলিকন আইকিউ মডুলেটর অন্বেষণ করবে, যা 75 Gbaud পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে।
ডিভাইসের নকশা এবং বৈশিষ্ট্য
প্রস্তাবিত আইকিউ মডুলেটর একটি কমপ্যাক্ট তিন হাত কাঠামো গ্রহণ করে, যেমন চিত্র 1 (ক) এ দেখানো হয়েছে। তিনটি GeSi EAM এবং তিনটি থার্মো অপটিক্যাল ফেজ শিফটারের সমন্বয়ে গঠিত, একটি প্রতিসম কনফিগারেশন গ্রহণ করে। ইনপুট আলোকে একটি গ্রেটিং কাপলার (GC) এর মাধ্যমে চিপে সংযুক্ত করা হয় এবং 1×3 মাল্টিমোড ইন্টারফেরোমিটার (MMI) এর মাধ্যমে সমানভাবে তিনটি পাথে বিভক্ত করা হয়। মডুলেটর এবং ফেজ শিফটারের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে, আলোকে আরেকটি 1×3 MMI দ্বারা পুনরায় সংযুক্ত করা হয় এবং তারপরে একটি একক-মোড ফাইবার (SSMF) এর সাথে সংযুক্ত করা হয়।

চিত্র 1: (ক) আইকিউ মডুলেটরের মাইক্রোস্কোপিক চিত্র; (b) – (d) EO S21, বিলুপ্তি অনুপাত বর্ণালী, এবং একটি একক GeSi EAM এর ট্রান্সমিট্যান্স; (ঙ) আইকিউ মডুলেটরের পরিকল্পিত চিত্র এবং ফেজ শিফটারের অনুরূপ অপটিক্যাল ফেজ; (f) জটিল সমতলে ক্যারিয়ার দমন প্রতিনিধিত্ব। চিত্র 1 (b) এ দেখানো হয়েছে, GeSi EAM এর একটি প্রশস্ত ইলেক্ট্রো-অপ্টিক ব্যান্ডউইথ রয়েছে। চিত্র 1 (b) একটি 67 GHz অপটিক্যাল কম্পোনেন্ট বিশ্লেষক (LCA) ব্যবহার করে একটি একক GeSi EAM পরীক্ষার কাঠামোর S21 প্যারামিটার পরিমাপ করেছে। চিত্র 1 (c) এবং 1 (d) যথাক্রমে বিভিন্ন DC ভোল্টেজে স্ট্যাটিক বিলুপ্তি অনুপাত (ER) বর্ণালী এবং 1555 ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে সংক্রমণ চিত্রিত করে।
চিত্র 1 (ই) এ দেখানো হয়েছে, এই নকশার প্রধান বৈশিষ্ট্য হল মধ্যম বাহুতে ইন্টিগ্রেটেড ফেজ শিফটার সামঞ্জস্য করে অপটিক্যাল ক্যারিয়ারকে দমন করার ক্ষমতা। উপরের এবং নীচের বাহুগুলির মধ্যে ফেজ পার্থক্য হল π/2, যা জটিল টিউনিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়, যখন মধ্য বাহুগুলির মধ্যে ফেজ পার্থক্য হল -3 π/4। এই কনফিগারেশনটি ক্যারিয়ারের জন্য ধ্বংসাত্মক হস্তক্ষেপের অনুমতি দেয়, যেমনটি চিত্র 1 (f) এর জটিল সমতলে দেখানো হয়েছে।
পরীক্ষামূলক সেটআপ এবং ফলাফল
উচ্চ-গতির পরীক্ষামূলক সেটআপ চিত্র 2 (ক) এ দেখানো হয়েছে। একটি নির্বিচারে ওয়েভফর্ম জেনারেটর (কিসাইট M8194A) সংকেত উত্স হিসাবে ব্যবহৃত হয়, এবং দুটি 60 GHz ফেজ মিলিত RF পরিবর্ধক (ইন্টিগ্রেটেড বায়াস টি সহ) মডুলেটর ড্রাইভার হিসাবে ব্যবহৃত হয়। GeSi EAM-এর বায়াস ভোল্টেজ হল -2.5 V, এবং I এবং Q চ্যানেলগুলির মধ্যে বৈদ্যুতিক ফেজ অমিল কমাতে একটি ফেজ মিলিত RF কেবল ব্যবহার করা হয়।
চিত্র 2: (a) উচ্চ গতির পরীক্ষামূলক সেটআপ, (b) 70 Gbaud-এ ক্যারিয়ার দমন, (c) ত্রুটি হার এবং ডেটা হার, (d) 70 Gbaud-এ নক্ষত্রপুঞ্জ। অপটিক্যাল ক্যারিয়ার হিসেবে 100 kHz এর লাইনউইথ, 1555 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং 12 dBm শক্তি সহ একটি বাণিজ্যিক বাহ্যিক গহ্বর লেজার (ECL) ব্যবহার করুন। মডুলেশনের পরে, অপটিক্যাল সিগন্যালটি একটি ব্যবহার করে প্রশস্ত করা হয়erbium-doped ফাইবার পরিবর্ধক(EDFA) অন-চিপ কাপলিং ক্ষতি এবং মডুলেটর সন্নিবেশ ক্ষতির জন্য ক্ষতিপূরণ দিতে।
প্রাপ্তির শেষে, একটি অপটিক্যাল স্পেকট্রাম বিশ্লেষক (OSA) একটি 70 Gbaud সংকেতের জন্য চিত্র 2 (b) এ দেখানো সিগন্যাল স্পেকট্রাম এবং ক্যারিয়ার দমন পর্যবেক্ষণ করে। সংকেত পেতে একটি দ্বৈত পোলারাইজেশন সুসংগত রিসিভার ব্যবহার করুন, যাতে একটি 90 ডিগ্রি অপটিক্যাল মিক্সার এবং চারটি থাকে40 GHz ব্যালেন্সড ফটোডিওড, এবং একটি 33 GHz, 80 GSa/s রিয়েল-টাইম অসিলোস্কোপ (RTO) (Keysight DSOZ634A) এর সাথে সংযুক্ত। 100 kHz এর লাইনউইথের দ্বিতীয় ECL উৎসটি স্থানীয় অসিলেটর (LO) হিসাবে ব্যবহৃত হয়। একক মেরুকরণ অবস্থার অধীনে ট্রান্সমিটার কাজ করার কারণে, অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তর (ADC) এর জন্য শুধুমাত্র দুটি ইলেকট্রনিক চ্যানেল ব্যবহার করা হয়। ডেটা RTO-তে রেকর্ড করা হয় এবং অফলাইন ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর (DSP) ব্যবহার করে প্রক্রিয়া করা হয়।
চিত্র 2 (c) তে দেখানো হয়েছে, 40 Gbaud থেকে 75 Gbaud থেকে QPSK মডুলেশন ফর্ম্যাট ব্যবহার করে IQ মডুলেটর পরীক্ষা করা হয়েছিল। ফলাফলগুলি নির্দেশ করে যে 7% কঠিন সিদ্ধান্ত ফরোয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন (HD-FEC) অবস্থার অধীনে, হার 140 Gb/s পৌঁছতে পারে; 20% নরম সিদ্ধান্ত ফরোয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন (SD-FEC) শর্তের অধীনে, গতি 150 Gb/s এ পৌঁছাতে পারে। 70 Gbaud-এ নক্ষত্রপুঞ্জের চিত্রটি চিত্র 2 (d) এ দেখানো হয়েছে। ফলাফলটি 33 GHz এর অসিলোস্কোপ ব্যান্ডউইথ দ্বারা সীমাবদ্ধ, যা প্রায় 66 Gbaud-এর সিগন্যাল ব্যান্ডউইথের সমতুল্য।

চিত্র 2 (b) তে দেখানো হয়েছে, তিনটি বাহু কাঠামো কার্যকরভাবে অপটিক্যাল ক্যারিয়ারকে 30 dB ছাড়িয়ে একটি ফাঁকা হারের সাথে দমন করতে পারে। এই কাঠামোর জন্য ক্যারিয়ারের সম্পূর্ণ দমনের প্রয়োজন হয় না এবং এটি এমন রিসিভারগুলিতেও ব্যবহার করা যেতে পারে যেগুলির সংকেত পুনরুদ্ধারের জন্য ক্যারিয়ার টোনগুলির প্রয়োজন হয়, যেমন ক্রেমার ক্রোনিগ (কেকে) রিসিভার। কাঙ্খিত ক্যারিয়ার থেকে সাইডব্যান্ড অনুপাত (CSR) অর্জন করতে ক্যারিয়ারটিকে একটি কেন্দ্রীয় আর্ম ফেজ শিফটারের মাধ্যমে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে।
সুবিধা এবং অ্যাপ্লিকেশন
প্রথাগত মাক জেহন্ডার মডুলেটরদের সাথে তুলনা করে (MZM মডুলেটর) এবং অন্যান্য সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিক আইকিউ মডুলেটর, প্রস্তাবিত সিলিকন আইকিউ মডুলেটরের একাধিক সুবিধা রয়েছে। প্রথমত, এটি আকারে কমপ্যাক্ট, আইকিউ মডুলেটরের উপর ভিত্তি করে 10 গুণেরও বেশি ছোটMach Zehnder modulators(বন্ডিং প্যাড ব্যতীত), এইভাবে ইন্টিগ্রেশনের ঘনত্ব বৃদ্ধি করে এবং চিপের এলাকা হ্রাস করে। দ্বিতীয়ত, স্তুপীকৃত ইলেক্ট্রোড ডিজাইনের জন্য টার্মিনাল প্রতিরোধকের ব্যবহারের প্রয়োজন হয় না, যার ফলে প্রতি বিট ডিভাইসের ক্যাপাসিট্যান্স এবং শক্তি হ্রাস পায়। তৃতীয়ত, ক্যারিয়ার দমন ক্ষমতা ট্রান্সমিশন পাওয়ার হ্রাসকে সর্বাধিক করে তোলে, আরও শক্তি দক্ষতা উন্নত করে।
উপরন্তু, GeSi EAM-এর অপটিক্যাল ব্যান্ডউইথ খুব প্রশস্ত (30 ন্যানোমিটারের বেশি), মাইক্রোওয়েভ মডুলেটর (MRMs) এর অনুরণনকে স্থিতিশীল এবং সিঙ্ক্রোনাইজ করার জন্য মাল্টি-চ্যানেল ফিডব্যাক কন্ট্রোল সার্কিট এবং প্রসেসরের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, যার ফলে নকশাটি সরল হয়।
এই কমপ্যাক্ট এবং দক্ষ আইকিউ মডুলেটরটি পরবর্তী প্রজন্মের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত, উচ্চ চ্যানেল গণনা এবং ডেটা সেন্টারে ছোট সুসংগত ট্রান্সসিভার, উচ্চ ক্ষমতা এবং আরও শক্তি-দক্ষ অপটিক্যাল যোগাযোগ সক্ষম করে।
ক্যারিয়ার দমন করা সিলিকন আইকিউ মডুলেটর 20% SD-FEC অবস্থার অধীনে 150 Gb/s পর্যন্ত ডেটা ট্রান্সমিশন রেট সহ চমৎকার কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। GeSi EAM-এর উপর ভিত্তি করে এর কমপ্যাক্ট 3-বাহু কাঠামোর পদচিহ্ন, শক্তি দক্ষতা এবং ডিজাইনের সরলতার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে। এই মডুলেটরের অপটিক্যাল ক্যারিয়ারকে দমন বা সামঞ্জস্য করার ক্ষমতা রয়েছে এবং মাল্টি লাইন কমপ্যাক্ট সুসংগত ট্রান্সসিভারগুলির জন্য সুসংগত সনাক্তকরণ এবং ক্র্যামার ক্রোনিগ (কেকে) সনাক্তকরণ স্কিমগুলির সাথে একীভূত করা যেতে পারে। প্রদর্শিত কৃতিত্বগুলি ডেটা সেন্টার এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে উচ্চ-ক্ষমতা ডেটা যোগাযোগের ক্রমবর্ধমান চাহিদা মেটাতে অত্যন্ত সমন্বিত এবং দক্ষ অপটিক্যাল ট্রান্সসিভারগুলির উপলব্ধি চালায়।