تیز رفتار مربوط مواصلات کمپیکٹ سلکان پر مبنی آپٹو الیکٹرانک آئی کیو ماڈیولیٹر کے لیے

کومپیکٹ سلکان پر مبنی آپٹو الیکٹرانکآئی کیو ماڈیولیٹرتیز رفتار مربوط مواصلات کے لیے
ڈیٹا سینٹرز میں اعلی ڈیٹا ٹرانسمیشن کی شرحوں اور زیادہ توانائی سے موثر ٹرانسیور کی بڑھتی ہوئی مانگ نے کمپیکٹ اعلی کارکردگی کی ترقی کو آگے بڑھایا ہے۔آپٹیکل ماڈیولر. سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانک ٹیکنالوجی (SiPh) مختلف فوٹوونک اجزاء کو ایک چپ پر مربوط کرنے کے لیے ایک امید افزا پلیٹ فارم بن گیا ہے، جس سے کمپیکٹ اور لاگت سے موثر حل کو فعال کیا جا سکتا ہے۔ یہ مضمون GeSi EAMs پر مبنی ایک ناول کیریئر دبے ہوئے سلیکون آئی کیو ماڈیولیٹر کو تلاش کرے گا، جو 75 Gbaud تک کی فریکوئنسی پر کام کر سکتا ہے۔
ڈیوائس ڈیزائن اور خصوصیات
مجوزہ آئی کیو ماڈیولیٹر ایک کمپیکٹ تین بازو کی ساخت کو اپناتا ہے، جیسا کہ شکل 1 (a) میں دکھایا گیا ہے۔ تین GeSi EAM اور تین تھرمو آپٹیکل فیز شفٹرز پر مشتمل، ایک ہم آہنگ کنفیگریشن کو اپناتے ہوئے۔ ان پٹ لائٹ کو گریٹنگ کپلر (GC) کے ذریعے چپ میں جوڑا جاتا ہے اور یکساں طور پر 1×3 ملٹی موڈ انٹرفیرومیٹر (MMI) کے ذریعے تین راستوں میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ ماڈیولیٹر اور فیز شفٹر سے گزرنے کے بعد، روشنی کو ایک اور 1×3 MMI کے ذریعے دوبارہ ملایا جاتا ہے اور پھر سنگل موڈ فائبر (SSMF) سے جوڑا جاتا ہے۔

شکل 1: (a) IQ ماڈیولیٹر کی خوردبین تصویر؛ (b) – (d) EO S21، معدومیت کا تناسب سپیکٹرم، اور واحد GeSi EAM کی ترسیل؛ (e) آئی کیو ماڈیولیٹر کا اسکیمیٹک خاکہ اور فیز شفٹر کے متعلقہ آپٹیکل فیز؛ (f) پیچیدہ جہاز پر کیریئر دبانے کی نمائندگی۔ جیسا کہ شکل 1 (b) میں دکھایا گیا ہے، GeSi EAM میں ایک وسیع الیکٹرو آپٹک بینڈوتھ ہے۔ شکل 1 (b) نے 67 GHz آپٹیکل کمپوننٹ اینالائزر (LCA) کا استعمال کرتے ہوئے سنگل GeSi EAM ٹیسٹ ڈھانچے کے S21 پیرامیٹر کی پیمائش کی۔ اعداد و شمار 1 (c) اور 1 (d) بالترتیب مختلف DC وولٹیجز پر جامد معدومیت کا تناسب (ER) سپیکٹرا اور 1555 نینو میٹر کی طول موج پر ٹرانسمیشن کو ظاہر کرتے ہیں۔
جیسا کہ شکل 1 (e) میں دکھایا گیا ہے، اس ڈیزائن کی اہم خصوصیت درمیانی بازو میں مربوط فیز شفٹر کو ایڈجسٹ کرکے آپٹیکل کیریئرز کو دبانے کی صلاحیت ہے۔ اوپری اور نچلے بازو کے درمیان مرحلے کا فرق π/2 ہے، جو پیچیدہ ٹیوننگ کے لیے استعمال ہوتا ہے، جبکہ درمیانی بازو کے درمیان مرحلے کا فرق -3 π/4 ہے۔ یہ ترتیب کیریئر کے لیے تباہ کن مداخلت کی اجازت دیتی ہے، جیسا کہ شکل 1 (f) کے پیچیدہ طیارے میں دکھایا گیا ہے۔
تجرباتی سیٹ اپ اور نتائج
تیز رفتار تجرباتی سیٹ اپ کو شکل 2 (a) میں دکھایا گیا ہے۔ ایک صوابدیدی ویوفارم جنریٹر (Keysight M8194A) کو سگنل کے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور دو 60 GHz فیز سے مماثل RF ایمپلیفائر (انٹیگریٹڈ بائیس ٹیز کے ساتھ) ماڈیولیٹر ڈرائیور کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ GeSi EAM کا تعصب وولٹیج -2.5 V ہے، اور ایک فیز مماثل RF کیبل I اور Q چینلز کے درمیان برقی فیز کی مماثلت کو کم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
شکل 2: (a) تیز رفتار تجرباتی سیٹ اپ، (b) 70 Gbaud پر کیریئر دبانا، (c) خرابی کی شرح اور ڈیٹا کی شرح، (d) 70 Gbaud پر نکشتر۔ آپٹیکل کیریئر کے طور پر 100 kHz کی لائن وِڈتھ، 1555 nm کی طول موج، اور 12 dBm کی طاقت کے ساتھ کمرشل ایکسٹرنل کیویٹی لیزر (ECL) استعمال کریں۔ ماڈیولیشن کے بعد، آپٹیکل سگنل کو ایک کا استعمال کرتے ہوئے بڑھا دیا جاتا ہے۔ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر(EDFA) آن چپ کپلنگ نقصانات اور ماڈیولیٹر داخل کرنے کے نقصانات کی تلافی کے لیے۔
موصول ہونے والے اختتام پر، ایک آپٹیکل اسپیکٹرم اینالائزر (OSA) سگنل سپیکٹرم اور کیریئر دبانے کی نگرانی کرتا ہے، جیسا کہ تصویر 2 (b) میں 70 Gbaud سگنل کے لیے دکھایا گیا ہے۔ سگنلز حاصل کرنے کے لیے دوہری پولرائزیشن مربوط رسیور کا استعمال کریں، جو 90 ڈگری آپٹیکل مکسر اور چار پر مشتمل ہوتا ہے۔40 گیگا ہرٹز متوازن فوٹوڈیوڈس، اور 33 GHz، 80 GSa/s ریئل ٹائم آسیلوسکوپ (RTO) (Keysight DSOZ634A) سے منسلک ہے۔ 100 kHz کی لائن وِڈتھ والا دوسرا ECL ذریعہ مقامی آسکیلیٹر (LO) کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ واحد پولرائزیشن حالات کے تحت چلنے والے ٹرانسمیٹر کی وجہ سے، ینالاگ سے ڈیجیٹل کنورژن (ADC) کے لیے صرف دو الیکٹرانک چینلز استعمال کیے جاتے ہیں۔ ڈیٹا RTO پر ریکارڈ کیا جاتا ہے اور آف لائن ڈیجیٹل سگنل پروسیسر (DSP) کا استعمال کرتے ہوئے اس پر کارروائی کی جاتی ہے۔
جیسا کہ شکل 2 (c) میں دکھایا گیا ہے، IQ ماڈیولیٹر کو QPSK ماڈیولیشن فارمیٹ کا استعمال کرتے ہوئے 40 Gbaud سے 75 Gbaud تک ٹیسٹ کیا گیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 7% سخت فیصلہ فارورڈ ایرر کریکشن (HD-FEC) حالات کے تحت، شرح 140 Gb/s تک پہنچ سکتی ہے۔ 20% نرم فیصلہ فارورڈ ایرر کریکشن (SD-FEC) کی شرط کے تحت، رفتار 150 Gb/s تک پہنچ سکتی ہے۔ 70 Gbaud پر برج کا خاکہ شکل 2 (d) میں دکھایا گیا ہے۔ نتیجہ 33 GHz کی آسیلوسکوپ بینڈوتھ کے ذریعہ محدود ہے، جو تقریباً 66 Gbaud کی سگنل بینڈوڈتھ کے برابر ہے۔

جیسا کہ شکل 2 (b) میں دکھایا گیا ہے، تین بازو کی ساخت مؤثر طریقے سے آپٹیکل کیریئرز کو 30 ڈی بی سے زیادہ خالی کرنے کی شرح کے ساتھ دبا سکتی ہے۔ اس ڈھانچے کو کیریئر کے مکمل دبانے کی ضرورت نہیں ہے اور اسے ریسیورز میں بھی استعمال کیا جا سکتا ہے جن کو سگنلز کی وصولی کے لیے کیریئر ٹونز کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے Kramer Kronig (KK) ریسیورز۔ کیریئر کو سنٹرل آرم فیز شفٹر کے ذریعے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے تاکہ مطلوبہ کیریئر ٹو سائڈ بینڈ ریشو (CSR) حاصل کیا جا سکے۔
فوائد اور ایپلی کیشنز
روایتی مچ زینڈر ماڈیولٹرز کے مقابلے میں (MZM ماڈیولرز) اور دیگر سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانک آئی کیو ماڈیولیٹر، مجوزہ سلیکون آئی کیو ماڈیولیٹر کے متعدد فوائد ہیں۔ سب سے پہلے، یہ سائز میں کمپیکٹ ہے، جس کی بنیاد پر IQ ماڈیولٹرز سے 10 گنا زیادہ چھوٹا ہے۔مچ زینڈر ماڈیولٹرز(بانڈنگ پیڈز کو چھوڑ کر)، اس طرح انضمام کی کثافت میں اضافہ اور چپ کے علاقے کو کم کرنا۔ دوم، اسٹیک شدہ الیکٹروڈ ڈیزائن کو ٹرمینل ریزسٹرس کے استعمال کی ضرورت نہیں ہے، اس طرح ڈیوائس کی گنجائش اور توانائی فی بٹ کم ہوتی ہے۔ تیسرا، کیریئر دبانے کی صلاحیت ٹرانسمیشن پاور کی کمی کو زیادہ سے زیادہ کرتی ہے، توانائی کی کارکردگی کو مزید بہتر بناتی ہے۔
اس کے علاوہ، GeSi EAM کی آپٹیکل بینڈوڈتھ بہت وسیع ہے (30 نینو میٹر سے زیادہ)، جس سے مائیکرو ویو ماڈیولٹرز (MRMs) کی گونج کو مستحکم اور ہم آہنگ کرنے کے لیے ملٹی چینل فیڈ بیک کنٹرول سرکٹس اور پروسیسرز کی ضرورت ختم ہو جاتی ہے، اس طرح ڈیزائن کو آسان بنایا جاتا ہے۔
یہ کمپیکٹ اور موثر IQ ماڈیولیٹر اگلی نسل، ہائی چینل کی گنتی، اور ڈیٹا سینٹرز میں چھوٹے مربوط ٹرانسسیورز کے لیے انتہائی موزوں ہے، جو اعلیٰ صلاحیت اور زیادہ توانائی سے موثر آپٹیکل مواصلات کو فعال کرتا ہے۔
کیریئر دبایا ہوا سلیکون IQ ماڈیولیٹر 20% SD-FEC حالات کے تحت 150 Gb/s تک ڈیٹا ٹرانسمیشن کی شرح کے ساتھ بہترین کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ GeSi EAM پر مبنی اس کا کمپیکٹ 3 بازو ڈھانچہ فٹ پرنٹ، توانائی کی کارکردگی، اور ڈیزائن کی سادگی کے لحاظ سے اہم فوائد رکھتا ہے۔ یہ ماڈیولیٹر آپٹیکل کیریئر کو دبانے یا ایڈجسٹ کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے اور اسے ملٹی لائن کمپیکٹ کوہرنٹ ٹرانسسیورز کے لیے مربوط پتہ لگانے اور Kramer Kronig (KK) کا پتہ لگانے کی اسکیموں کے ساتھ مربوط کیا جا سکتا ہے۔ ظاہر کردہ کامیابیاں ڈیٹا سینٹرز اور دیگر شعبوں میں اعلیٰ صلاحیت والے ڈیٹا کمیونیکیشن کی بڑھتی ہوئی مانگ کو پورا کرنے کے لیے انتہائی مربوط اور موثر آپٹیکل ٹرانسسیورز کے حصول کو آگے بڑھاتی ہیں۔