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

কম্প্যাক্ট সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিকআইকিউ মডুলেটরউচ্চ-গতির সুসংগত যোগাযোগের জন্য
ডেটা সেন্টারগুলিতে উচ্চতর ডেটা ট্রান্সমিশন হার এবং আরও শক্তি-সাশ্রয়ী ট্রান্সসিভারের ক্রমবর্ধমান চাহিদা কম্প্যাক্ট উচ্চ-পারফরম্যান্সের ডিভাইসের বিকাশে চালিকাশক্তি হিসেবে কাজ করেছে।অপটিক্যাল মডুলেটরসিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিক প্রযুক্তি (SiPh) একটি একক চিপে বিভিন্ন ফোটোনিক উপাদানকে একীভূত করার জন্য একটি সম্ভাবনাময় প্ল্যাটফর্ম হয়ে উঠেছে, যা কম্প্যাক্ট এবং সাশ্রয়ী সমাধান প্রদান করে। এই নিবন্ধে GeSi EAMs-এর উপর ভিত্তি করে একটি অভিনব ক্যারিয়ার সাপ্রেসড সিলিকন IQ মডুলেটর নিয়ে আলোচনা করা হবে, যা ৭৫ গিবড পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে।
ডিভাইসের নকশা এবং বৈশিষ্ট্য
প্রস্তাবিত IQ মডুলেটরটি একটি কম্প্যাক্ট তিন-বাহু কাঠামো গ্রহণ করে, যেমনটি চিত্র 1 (a)-তে দেখানো হয়েছে। এটি তিনটি GeSi EAM এবং তিনটি থার্মো অপটিক্যাল ফেজ শিফটার দ্বারা গঠিত এবং একটি প্রতিসম বিন্যাস গ্রহণ করে। ইনপুট আলো একটি গ্রেটিং কাপলার (GC) এর মাধ্যমে চিপে প্রবেশ করে এবং একটি 1×3 মাল্টিমোড ইন্টারফেরোমিটার (MMI) এর মধ্য দিয়ে সমানভাবে তিনটি পথে বিভক্ত হয়। মডুলেটর এবং ফেজ শিফটার অতিক্রম করার পর, আলো আরেকটি 1×3 MMI দ্বারা পুনরায় একত্রিত হয় এবং তারপর একটি সিঙ্গেল-মোড ফাইবারে (SSMF) সংযুক্ত হয়।

চিত্র ১: (ক) আইকিউ মডুলেটরের আণুবীক্ষণিক চিত্র; (খ) – (ঘ) একটি একক GeSi EAM-এর EO S21, এক্সটিংশন রেশিও স্পেকট্রাম এবং ট্রান্সমিট্যান্স; (ঙ) আইকিউ মডুলেটরের পরিকল্পিত চিত্র এবং ফেজ শিফটারের সংশ্লিষ্ট অপটিক্যাল ফেজ; (চ) জটিল তলে ক্যারিয়ার সাপ্রেশন উপস্থাপনা। চিত্র ১ (খ)-তে যেমন দেখানো হয়েছে, GeSi EAM-এর একটি প্রশস্ত ইলেকট্রো-অপটিক ব্যান্ডউইথ রয়েছে। চিত্র ১ (খ)-তে একটি ৬৭ গিগাহার্টজ অপটিক্যাল কম্পোনেন্ট অ্যানালাইজার (LCA) ব্যবহার করে একটি একক GeSi EAM পরীক্ষামূলক কাঠামোর S21 প্যারামিটার পরিমাপ করা হয়েছে। চিত্র ১ (গ) এবং ১ (ঘ)-তে যথাক্রমে বিভিন্ন ডিসি ভোল্টেজে স্ট্যাটিক এক্সটিংশন রেশিও (ER) স্পেকট্রাম এবং ১৫৫৫ ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ট্রান্সমিশন দেখানো হয়েছে।
চিত্র 1 (e)-তে যেমন দেখানো হয়েছে, এই নকশার প্রধান বৈশিষ্ট্য হলো মাঝের বাহুতে থাকা ইন্টিগ্রেটেড ফেজ শিফটার সামঞ্জস্য করে অপটিক্যাল ক্যারিয়ার দমন করার ক্ষমতা। উপরের এবং নীচের বাহুর মধ্যে ফেজ পার্থক্য হলো π/2, যা জটিল টিউনিং-এর জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে মাঝের বাহুর মধ্যে ফেজ পার্থক্য হলো -3 π/4। এই কনফিগারেশনটি ক্যারিয়ারের উপর ধ্বংসাত্মক ইন্টারফেরেন্স ঘটাতে সাহায্য করে, যেমনটি চিত্র 1 (f)-এর জটিল সমতলে দেখানো হয়েছে।
পরীক্ষামূলক ব্যবস্থা এবং ফলাফল
উচ্চ-গতির পরীক্ষামূলক সেটআপটি চিত্র ২ (ক)-তে দেখানো হয়েছে। সিগন্যাল উৎস হিসেবে একটি আর্বিট্রারি ওয়েভফর্ম জেনারেটর (Keysight M8194A) এবং মডুলেটর ড্রাইভার হিসেবে দুটি ৬০ গিগাহার্জ ফেজ ম্যাচড আরএফ অ্যামপ্লিফায়ার (ইন্টিগ্রেটেড বায়াস টি সহ) ব্যবহার করা হয়েছে। GeSi EAM-এর বায়াস ভোল্টেজ হলো -২.৫ ভোল্ট এবং I ও Q চ্যানেলের মধ্যে বৈদ্যুতিক ফেজ অমিল কমানোর জন্য একটি ফেজ ম্যাচড আরএফ ক্যাবল ব্যবহার করা হয়েছে।
চিত্র ২: (ক) উচ্চ গতির পরীক্ষামূলক সেটআপ, (খ) ৭০ গিবড-এ ক্যারিয়ার সাপ্রেশন, (গ) ত্রুটির হার এবং ডেটা রেট, (ঘ) ৭০ গিবড-এ কনস্টেলেশন। অপটিক্যাল ক্যারিয়ার হিসেবে ১০০ কিলোহার্জ লাইনউইথ, ১৫৫৫ ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং ১২ ডিবিএম ক্ষমতার একটি বাণিজ্যিক এক্সটার্নাল ক্যাভিটি লেজার (ECL) ব্যবহার করা হয়। মডুলেশনের পর, অপটিক্যাল সিগন্যালকে একটি ব্যবহার করে বিবর্ধিত করা হয়।আরবিয়াম-ডোপড ফাইবার অ্যামপ্লিফায়ারঅন-চিপ কাপলিং লস এবং মডুলেটর ইনসারশন লস পূরণের জন্য (EDFA)।
গ্রহণ প্রান্তে, একটি অপটিক্যাল স্পেকট্রাম অ্যানালাইজার (OSA) সিগন্যাল স্পেকট্রাম এবং ক্যারিয়ার সাপ্রেশন পর্যবেক্ষণ করে, যেমনটি চিত্র 2 (b)-তে একটি 70 Gbaud সিগন্যালের জন্য দেখানো হয়েছে। সিগন্যাল গ্রহণ করার জন্য একটি ডুয়াল পোলারাইজেশন কোহেরেন্ট রিসিভার ব্যবহার করুন, যা একটি 90 ডিগ্রি অপটিক্যাল মিক্সার এবং চারটি নিয়ে গঠিত।৪০ গিগাহার্জের ভারসাম্যপূর্ণ ফটোডায়োডএবং এটি একটি ৩৩ গিগাহার্টজ, ৮০ জিএসএ/এস রিয়েল-টাইম অসিলোস্কোপ (আরটিও) (কিসাইট ডিএসওজেড৬৩৪এ)-এর সাথে সংযুক্ত। ১০০ কিলোহার্টজ লাইনউইথের দ্বিতীয় ইসিএল উৎসটি লোকাল অসিলেটর (এলও) হিসেবে ব্যবহৃত হয়। ট্রান্সমিটারটি একক পোলারাইজেশন অবস্থায় কাজ করার কারণে, অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরের (এডিসি) জন্য কেবল দুটি ইলেকট্রনিক চ্যানেল ব্যবহৃত হয়। ডেটা আরটিও-তে রেকর্ড করা হয় এবং একটি অফলাইন ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর (ডিএসপি) ব্যবহার করে প্রক্রিয়াজাত করা হয়।
চিত্র ২ (গ)-তে যেমন দেখানো হয়েছে, IQ মডুলেটরটি ৪০ গিবড থেকে ৭৫ গিবড পর্যন্ত QPSK মডুলেশন ফরম্যাট ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয়েছিল। ফলাফল থেকে বোঝা যায় যে, ৭% হার্ড ডিসিশন ফরওয়ার্ড এরর কারেকশন (HD-FEC) শর্তে এর গতি ১৪০ Gb/s পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে; ২০% সফট ডিসিশন ফরওয়ার্ড এরর কারেকশন (SD-FEC) শর্তে এর গতি ১৫০ Gb/s পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। ৭০ গিবডের কনস্টেলেশন ডায়াগ্রামটি চিত্র ২ (ঘ)-তে দেখানো হয়েছে। এই ফলাফলটি ৩৩ গিগাহার্টজের অসিলোস্কোপ ব্যান্ডউইথ দ্বারা সীমাবদ্ধ, যা প্রায় ৬৬ গিবডের একটি সিগন্যাল ব্যান্ডউইথের সমতুল্য।

চিত্র 2 (b)-তে যেমন দেখানো হয়েছে, তিন বাহুর কাঠামোটি 30 dB-এর বেশি ব্ল্যাঙ্কিং রেট সহ অপটিক্যাল ক্যারিয়ারগুলিকে কার্যকরভাবে দমন করতে পারে। এই কাঠামোটির জন্য ক্যারিয়ারের সম্পূর্ণ দমনের প্রয়োজন হয় না এবং এটি এমন রিসিভারগুলিতেও ব্যবহার করা যেতে পারে যেগুলিতে সিগন্যাল পুনরুদ্ধারের জন্য ক্যারিয়ার টোনের প্রয়োজন হয়, যেমন ক্রেমার ক্রনিগ (KK) রিসিভার। কাঙ্ক্ষিত ক্যারিয়ার টু সাইডব্যান্ড রেশিও (CSR) অর্জনের জন্য একটি কেন্দ্রীয় বাহু ফেজ শিফটারের মাধ্যমে ক্যারিয়ারকে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে।
সুবিধা এবং প্রয়োগ
প্রচলিত ম্যাক জেহেন্ডার মডুলেটরের তুলনায় (এমজেডএম মডুলেটরএবং অন্যান্য সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেকট্রনিক আইকিউ মডুলেটরের তুলনায়, প্রস্তাবিত সিলিকন আইকিউ মডুলেটরটির একাধিক সুবিধা রয়েছে। প্রথমত, এটি আকারে কম্প্যাক্ট, যা আইকিউ মডুলেটরের চেয়ে ১০ গুণেরও বেশি ছোট।ম্যাক জেহেন্ডার মডুলেটর(বন্ডিং প্যাড ব্যতীত), যার ফলে ইন্টিগ্রেশন ডেনসিটি বৃদ্ধি পায় এবং চিপের ক্ষেত্রফল হ্রাস পায়। দ্বিতীয়ত, স্ট্যাকড ইলেকট্রোড ডিজাইনে টার্মিনাল রেজিস্টর ব্যবহারের প্রয়োজন হয় না, ফলে ডিভাইসের ক্যাপাসিট্যান্স এবং প্রতি বিটে শক্তি খরচ কমে। তৃতীয়ত, ক্যারিয়ার সাপ্রেশন ক্ষমতা ট্রান্সমিশন পাওয়ার হ্রাসকে সর্বোচ্চ করে, যা শক্তি দক্ষতাকে আরও উন্নত করে।
এছাড়াও, GeSi EAM-এর অপটিক্যাল ব্যান্ডউইথ অত্যন্ত প্রশস্ত (৩০ ন্যানোমিটারের বেশি), যা মাইক্রোওয়েভ মডুলেটর (MRM)-এর রেজোন্যান্সকে স্থিতিশীল ও সিঙ্ক্রোনাইজ করার জন্য মাল্টি-চ্যানেল ফিডব্যাক কন্ট্রোল সার্কিট এবং প্রসেসরের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, ফলে ডিজাইনটি সরলীকৃত হয়।
এই কম্প্যাক্ট ও কার্যকর আইকিউ মডুলেটরটি ডেটা সেন্টারের পরবর্তী প্রজন্মের, উচ্চ চ্যানেল সংখ্যাযুক্ত এবং ক্ষুদ্র কোহেরেন্ট ট্রান্সসিভারের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত, যা উচ্চ ধারণক্ষমতা সম্পন্ন ও অধিক শক্তি-সাশ্রয়ী অপটিক্যাল যোগাযোগ সক্ষম করে।
ক্যারিয়ার সাপ্রেসড সিলিকন আইকিউ মডুলেটরটি চমৎকার পারফরম্যান্স প্রদর্শন করে, যা ২০% এসডি-এফইসি শর্তাধীনে ১৫০ জিবি/এস পর্যন্ত ডেটা ট্রান্সমিশন রেট দিতে সক্ষম। GeSi EAM-এর উপর ভিত্তি করে এর কম্প্যাক্ট ৩-আর্ম কাঠামোটি ফুটপ্রিন্ট, শক্তি দক্ষতা এবং ডিজাইনের সরলতার দিক থেকে উল্লেখযোগ্য সুবিধা প্রদান করে। এই মডুলেটরটি অপটিক্যাল ক্যারিয়ারকে দমন বা সমন্বয় করতে সক্ষম এবং মাল্টি-লাইন কম্প্যাক্ট কোহেরেন্ট ট্রান্সসিভারের জন্য কোহেরেন্ট ডিটেকশন এবং ক্রেমার ক্রনিগ (কেকে) ডিটেকশন স্কিমের সাথে সমন্বিত করা যেতে পারে। প্রদর্শিত সাফল্যগুলো ডেটা সেন্টার এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ডেটা কমিউনিকেশনের ক্রমবর্ধমান চাহিদা মেটাতে অত্যন্ত সমন্বিত এবং দক্ষ অপটিক্যাল ট্রান্সসিভারের বাস্তবায়নকে চালিত করে।