អុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនតូចឧបករណ៍កែប្រែ IQសម្រាប់ការទំនាក់ទំនងដែលមានល្បឿនលឿន និងស៊ីសង្វាក់គ្នា
តម្រូវការកើនឡើងសម្រាប់អត្រាបញ្ជូនទិន្នន័យខ្ពស់ជាងមុន និងឧបករណ៍បញ្ជូនដែលសន្សំសំចៃថាមពលកាន់តែច្រើននៅក្នុងមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ បានជំរុញការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍បញ្ជូនទិន្នន័យខ្នាតតូច និងដំណើរការខ្ពស់។ឧបករណ៍កែប្រែអុបទិកបច្ចេកវិទ្យាអុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន (SiPh) បានក្លាយជាវេទិកាដ៏ជោគជ័យមួយសម្រាប់ការរួមបញ្ចូលសមាសធាតុហ្វូតូនិកផ្សេងៗទៅក្នុងបន្ទះឈីបតែមួយ ដែលអាចឱ្យមានដំណោះស្រាយបង្រួម និងចំណាយតិច។ អត្ថបទនេះនឹងស្វែងយល់ពីឧបករណ៍កែប្រែ silicon IQ ថ្មីដែលបង្ក្រាបដោយក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនដោយផ្អែកលើ GeSi EAMs ដែលអាចដំណើរការក្នុងប្រេកង់រហូតដល់ 75 Gbaud។
ការរចនាឧបករណ៍ និងលក្ខណៈ
ឧបករណ៍ម៉ូឌុល IQ ដែលបានស្នើឡើងនេះប្រើប្រាស់រចនាសម្ព័ន្ធដៃបីតូច ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (ក)។ ផ្សំឡើងដោយ GeSi EAM ចំនួនបី និងឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាលកម្ដៅអុបទិកចំនួនបី ដោយប្រើប្រាស់ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធស៊ីមេទ្រី។ ពន្លឺបញ្ចូលត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងបន្ទះឈីបតាមរយៈឧបករណ៍ភ្ជាប់ក្រឡាចត្រង្គ (GC) ហើយបែងចែកស្មើៗគ្នាជាបីផ្លូវតាមរយៈឧបករណ៍អន្តរហ្វេរ៉ូម៉ែត្រពហុម៉ូដ 1×3 (MMI)។ បន្ទាប់ពីឆ្លងកាត់ឧបករណ៍ម៉ូឌុល និងឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាល ពន្លឺត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាវិញដោយ MMI 1×3 មួយផ្សេងទៀត ហើយបន្ទាប់មកភ្ជាប់ទៅនឹងសរសៃរបៀបតែមួយ (SSMF)។
រូបភាពទី 1: (ក) រូបភាពមីក្រូទស្សន៍នៃម៉ូឌុល IQ; (ខ) – (ឃ) EO S21 វិសាលគមសមាមាត្រផុតពូជ និងការបញ្ជូននៃ GeSi EAM តែមួយ; (ង) ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃម៉ូឌុល IQ និងដំណាក់កាលអុបទិកដែលត្រូវគ្នានៃឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាល; (ច) ការតំណាងបង្ក្រាបនាវានៅលើប្លង់ស្មុគស្មាញ។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (ខ) GeSi EAM មានកម្រិតបញ្ជូនអេឡិចត្រូអុបទិកធំទូលាយ។ រូបភាពទី 1 (ខ) បានវាស់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រ S21 នៃរចនាសម្ព័ន្ធសាកល្បង GeSi EAM តែមួយដោយប្រើឧបករណ៍វិភាគសមាសធាតុអុបទិក 67 GHz (LCA)។ រូបភាពទី 1 (គ) និងទី 1 (ឃ) រៀងៗខ្លួនពណ៌នាអំពីវិសាលគមសមាមាត្រផុតពូជឋិតិវន្ត (ER) នៅវ៉ុល DC ផ្សេងៗគ្នា និងការបញ្ជូននៅរលក 1555 ណាណូម៉ែត្រ។
ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 (ង) លក្ខណៈពិសេសចម្បងនៃការរចនានេះគឺសមត្ថភាពក្នុងការទប់ស្កាត់ឧបករណ៍ផ្ទុកអុបទិកដោយការកែតម្រូវឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាលរួមបញ្ចូលគ្នានៅក្នុងដៃកណ្តាល។ ភាពខុសគ្នានៃដំណាក់កាលរវាងដៃខាងលើ និងដៃខាងក្រោមគឺ π/2 ដែលប្រើសម្រាប់ការលៃតម្រូវស្មុគស្មាញ ខណៈពេលដែលភាពខុសគ្នានៃដំណាក់កាលរវាងដៃកណ្តាលគឺ -3 π/4។ ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានការជ្រៀតជ្រែកបំផ្លិចបំផ្លាញដល់ឧបករណ៍ផ្ទុក ដូចបង្ហាញក្នុងប្លង់ស្មុគស្មាញនៃរូបភាពទី 1 (ច)។
ការរៀបចំពិសោធន៍ និងលទ្ធផល
ការរៀបចំពិសោធន៍ល្បឿនលឿនត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ក)។ ម៉ាស៊ីនបង្កើតរលកទម្រង់ចៃដន្យ (Keysight M8194A) ត្រូវបានប្រើជាប្រភពសញ្ញា ហើយឧបករណ៍ពង្រីក RF ដែលត្រូវគ្នានឹងដំណាក់កាល 60 GHz ចំនួនពីរ (ជាមួយនឹងខ្សែប៊ីអាសរួមបញ្ចូលគ្នា) ត្រូវបានប្រើជាឧបករណ៍បញ្ជាម៉ូឌុល។ វ៉ុលប៊ីអាសនៃ GeSi EAM គឺ -2.5 V ហើយខ្សែ RF ដែលត្រូវគ្នានឹងដំណាក់កាលត្រូវបានប្រើដើម្បីកាត់បន្ថយភាពមិនស៊ីគ្នានៃដំណាក់កាលអគ្គិសនីរវាងឆានែល I និង Q។
រូបភាពទី 2: (ក) ការរៀបចំពិសោធន៍ល្បឿនលឿន, (ខ) ការបង្ក្រាបឧបករណ៍ផ្ទុកនៅ 70 Gbaud, (គ) អត្រាកំហុស និងអត្រាទិន្នន័យ, (ឃ) ក្រុមតារានិករនៅ 70 Gbaud។ ប្រើឡាស៊ែរប្រហោងខាងក្រៅពាណិជ្ជកម្ម (ECL) ដែលមានទទឹងបន្ទាត់ 100 kHz រលកប្រវែង 1555 nm និងថាមពល 12 dBm ជាឧបករណ៍ផ្ទុកអុបទិក។ បន្ទាប់ពីការកែប្រែ សញ្ញាអុបទិកត្រូវបានពង្រីកដោយប្រើឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium(EDFA) ដើម្បីទូទាត់សងសម្រាប់ការខាតបង់នៃការភ្ជាប់នៅលើបន្ទះឈីប និងការខាតបង់នៃការបញ្ចូលម៉ូឌុល។
នៅចុងទទួល ឧបករណ៍វិភាគវិសាលគមអុបទិក (OSA) ត្រួតពិនិត្យវិសាលគមសញ្ញា និងការបង្ក្រាបឧបករណ៍ផ្ទុក ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) សម្រាប់សញ្ញា 70 Gbaud។ ប្រើឧបករណ៍ទទួលដែលមានប៉ូឡារីសេសិនពីរដើម្បីទទួលសញ្ញា ដែលមានឧបករណ៍លាយអុបទិក 90 ដឺក្រេ និងឧបករណ៍ទទួលចំនួនបួនហ្វូតូឌីយ៉ូដដែលមានតុល្យភាព 40 GHzហើយត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងអូស៊ីឡូស្កូបពេលវេលាជាក់ស្តែង (RTO) ប្រេកង់ 33 GHz, 80 GSa/s (Keysight DSOZ634A)។ ប្រភព ECL ទីពីរដែលមានទទឹងបន្ទាត់ 100 kHz ត្រូវបានប្រើជាលំយោលក្នុងស្រុក (LO)។ ដោយសារតែឧបករណ៍បញ្ជូនដំណើរការក្រោមលក្ខខណ្ឌប៉ូឡារីសេស្យុងតែមួយ មានតែឆានែលអេឡិចត្រូនិចពីរប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការបំលែងអាណាឡូកទៅឌីជីថល (ADC)។ ទិន្នន័យត្រូវបានកត់ត្រានៅលើ RTO ហើយដំណើរការដោយប្រើឧបករណ៍ដំណើរការសញ្ញាឌីជីថលក្រៅបណ្តាញ (DSP)។
ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (គ) ឧបករណ៍កែប្រែ IQ ត្រូវបានសាកល្បងដោយប្រើទម្រង់កែប្រែ QPSK ពី 40 Gbaud ដល់ 75 Gbaud។ លទ្ធផលបង្ហាញថា ក្រោមលក្ខខណ្ឌកែតម្រូវកំហុសសម្រេចចិត្តទៅមុខ (HD-FEC) 7% អត្រាអាចឡើងដល់ 140 Gb/s; ក្រោមលក្ខខណ្ឌកែតម្រូវកំហុសសម្រេចចិត្តទៅមុខទន់ (SD-FEC) 20% ល្បឿនអាចឡើងដល់ 150 Gb/s។ ដ្យាក្រាមក្រុមតារានិករនៅ 70 Gbaud ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ឃ)។ លទ្ធផលត្រូវបានកំណត់ដោយកម្រិតបញ្ជូនអូស៊ីឡូស្កូប 33 GHz ដែលស្មើនឹងកម្រិតបញ្ជូនសញ្ញាប្រហែល 66 Gbaud។
ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) រចនាសម្ព័ន្ធដៃបីអាចទប់ស្កាត់ឧបករណ៍ផ្ទុកអុបទិកប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពជាមួយនឹងអត្រាទទេលើសពី 30 dB។ រចនាសម្ព័ន្ធនេះមិនតម្រូវឱ្យមានការទប់ស្កាត់ទាំងស្រុងនៃឧបករណ៍ផ្ទុកនោះទេ ហើយវាក៏អាចត្រូវបានប្រើនៅក្នុងឧបករណ៍ទទួលដែលត្រូវការសម្លេងឧបករណ៍ផ្ទុកដើម្បីសង្គ្រោះសញ្ញាផងដែរ ដូចជាឧបករណ៍ទទួល Kramer Kronig (KK)។ ឧបករណ៍ផ្ទុកអាចត្រូវបានកែតម្រូវតាមរយៈឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាលដៃកណ្តាល ដើម្បីសម្រេចបានសមាមាត្រឧបករណ៍ផ្ទុកទៅនឹងកម្រិតបញ្ជូនចំហៀង (CSR) ដែលចង់បាន។
គុណសម្បត្តិ និងកម្មវិធី
បើប្រៀបធៀបជាមួយឧបករណ៍កែប្រែ Mach Zehnder ប្រពៃណី (ឧបករណ៍កែប្រែសំឡេង MZM) និងឧបករណ៍កែប្រែ IQ អុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនផ្សេងទៀត ឧបករណ៍កែប្រែ IQ ស៊ីលីកុនដែលបានស្នើឡើងមានគុណសម្បត្តិច្រើន។ ទីមួយ វាមានទំហំតូចជាងឧបករណ៍កែប្រែ IQ ជាង 10 ដងដោយផ្អែកលើឧបករណ៍បម្លែងសំឡេង Mach Zehnder(មិនរាប់បញ្ចូលបន្ទះភ្ជាប់) ដោយហេតុនេះបង្កើនដង់ស៊ីតេនៃការរួមបញ្ចូល និងកាត់បន្ថយផ្ទៃបន្ទះឈីប។ ទីពីរ ការរចនាអេឡិចត្រូតដែលដាក់ជង់គ្នាមិនតម្រូវឱ្យប្រើរេស៊ីស្តង់ស្ថានីយទេ ដោយហេតុនេះកាត់បន្ថយសមត្ថភាពឧបករណ៍ និងថាមពលក្នុងមួយប៊ីត។ ទីបី សមត្ថភាពបង្ក្រាបឧបករណ៍ផ្ទុកបង្កើនប្រសិទ្ធភាពថាមពលបញ្ជូនឱ្យដល់កម្រិតអតិបរមា ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវប្រសិទ្ធភាពថាមពលបន្ថែមទៀត។
លើសពីនេះ កម្រិតបញ្ជូនអុបទិករបស់ GeSi EAM គឺធំទូលាយណាស់ (ជាង 30 ណាណូម៉ែត្រ) ដែលលុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់សៀគ្វីត្រួតពិនិត្យមតិប្រតិកម្មពហុឆានែល និងឧបករណ៍ដំណើរការដើម្បីធ្វើឱ្យមានស្ថេរភាព និងធ្វើសមកាលកម្មសំឡេងរោទ៍នៃម៉ូឌុលមីក្រូវ៉េវ (MRMs) ដោយហេតុនេះធ្វើឱ្យការរចនាមានភាពសាមញ្ញ។
ឧបករណ៍ម៉ូឌុល IQ តូចច្រឡឹង និងមានប្រសិទ្ធភាពនេះ គឺស័ក្តិសមខ្លាំងសម្រាប់ឧបករណ៍បញ្ជូនជំនាន់ក្រោយ ចំនួនឆានែលខ្ពស់ និងឧបករណ៍បញ្ជូនតូចៗដែលស៊ីសង្វាក់គ្នានៅក្នុងមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ ដែលអាចឱ្យមានសមត្ថភាពខ្ពស់ និងការទំនាក់ទំនងអុបទិកដែលមានប្រសិទ្ធភាពថាមពលកាន់តែប្រសើរ។
ឧបករណ៍កែប្រែសញ្ញាស៊ីលីកុន IQ ដែលបង្ក្រាបដោយក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន បង្ហាញពីដំណើរការដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ជាមួយនឹងអត្រាបញ្ជូនទិន្នន័យរហូតដល់ 150 Gb/s ក្រោមលក្ខខណ្ឌ SD-FEC 20%។ រចនាសម្ព័ន្ធដៃបីតូចរបស់វាដែលផ្អែកលើ GeSi EAM មានគុណសម្បត្តិយ៉ាងសំខាន់ទាក់ទងនឹងទំហំ ប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងភាពសាមញ្ញនៃការរចនា។ ឧបករណ៍កែប្រែសញ្ញានេះមានសមត្ថភាពក្នុងការបង្ក្រាប ឬកែតម្រូវក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនអុបទិក ហើយអាចត្រូវបានរួមបញ្ចូលជាមួយនឹងការរកឃើញដែលស៊ីសង្វាក់គ្នា និងគ្រោងការណ៍រកឃើញ Kramer Kronig (KK) សម្រាប់ឧបករណ៍បញ្ជូនបន្តដែលស៊ីសង្វាក់គ្នាច្រើនខ្សែ។ សមិទ្ធផលដែលបានបង្ហាញជំរុញឱ្យមានការសម្រេចបាននូវឧបករណ៍បញ្ជូនបន្តអុបទិកដែលរួមបញ្ចូលគ្នាខ្ពស់ និងមានប្រសិទ្ធភាព ដើម្បីបំពេញតម្រូវការកាន់តែកើនឡើងសម្រាប់ការទំនាក់ទំនងទិន្នន័យដែលមានសមត្ថភាពខ្ពស់នៅក្នុងមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ និងវិស័យផ្សេងៗទៀត។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២១ ខែមករា ឆ្នាំ ២០២៥