7/24/2024，光纖在線訊，文章來源：逍遙設計自動化

引言
     硅基光電子技術(shù)已成為實現(xiàn)高性能、高性價比和緊湊型光子集成電路 （PIC） 的技術(shù)。硅基光電子微環(huán)調(diào)制器（RM）已被廣泛用于數(shù)據(jù)中心互連等強度調(diào)制和直接檢測（IM/DD）應用，研究人員對利用這些器件實現(xiàn)相干調(diào)制方案的興趣也與日俱增。相干技術(shù)可提供更高的傳輸容量，并有可能滿足超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心日益增長的需求。然而，在硅基光電子工藝平臺上實現(xiàn)緊湊而高性能的同相和正交（I/Q）調(diào)制器面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)，其中之一就是徹底了解硅RM的相位調(diào)制特性。

     本文討論了硅基光電子微環(huán)調(diào)制器復雜電光 （E/O） 頻率響應的特性分析，包括幅度域和相位域。通過對這些響應進行精確測量和建模，可以優(yōu)化基于微環(huán)調(diào)制器的相干發(fā)射機的性能。

      
器件描述
    所研究的器件是利用 IHP 硅基光電子技術(shù)制造的微環(huán)調(diào)制器。如圖 1（a）所示，微環(huán)調(diào)制器的半徑為 16μm，耦合間隙為 220nm，肋波導結(jié)構(gòu)的厚度為 220nm，寬度為 500nm，板厚為 100nm。

      
圖 1：（a）制作的硅基光電子微環(huán)調(diào)制器芯片照片；（b）過耦合微環(huán)調(diào)制器的相位調(diào)制工作點。

    微環(huán)調(diào)制器設計為在過耦合條件下工作，可在共振波長（λres）周圍提供 2π 相移。如圖 1（b）所示，這樣就可以在工作波長（λin）上進行 π 相位調(diào)制，同時保持相同的光強度。所制造的微環(huán)調(diào)制器插入損耗為 10.0 分貝，λin 處的 Vπ（π 相移所需的電壓）峰峰值為 5.7 V。

復 E/O 響應特性
    使用外差相干接收技術(shù)對 π 相位調(diào)制微環(huán)調(diào)制器的復 E/O 頻率響應進行了表征。圖 2（a） 描述了測量裝置，其中包括激光源、摻鉺光纖放大器（EDFA）、商用相干接收器（CoRx）以及用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理（DSP）的實時示波器（RTO）。
 
      
圖 2：（a）表征 RM 復雜 E/O 響應的測量裝置；（b）測量和模擬 RM 的歸一化幅值和相位響應。

    電信號由射頻信號源提供，經(jīng)放大后通過偏置 T 傳送到微環(huán)調(diào)制器。來自 RM 的調(diào)制光信號經(jīng) EDFA 放大后由 CoRx 接收，CoRx 使用本地振蕩器 （LO） 激光器進行外差接收。RTO 獲取 CoRx 輸出信號，并由 DSP 進行離線處理，以獲得復 E/O 響應。

    此外，還使用耦合模式理論（CMT）模型模擬復 E/O 頻率響應，該模型根據(jù)測量的光傳輸光譜和電反射系數(shù)計算微環(huán)調(diào)制器的時域響應。對這些時域響應進行傅里葉變換后，就得到了模擬的復 E/O 頻率響應。

    圖 2（b） 顯示了測量和模擬的幅值和相位頻率響應。雖然存在一些測量誤差，可能是由于所用元件的去嵌入不完全造成的，但總體測量結(jié)果與模擬結(jié)果十分吻合。

    在圖 2（b）中，幅值響應的 3 分貝下降發(fā)生在 18.5 GHz，在該頻率上，相位響應與低頻值相比增加了約 +0.25π。在同一頻率上出現(xiàn) 3 分貝幅度下降和 0.25π 相位增加的巧合表明，微環(huán)調(diào)制器相位調(diào)制可被模擬為一個簡單的單極系統(tǒng)，這一點也得到了文獻中提出的微環(huán)調(diào)制器小信號模型的證實。

結(jié)論
    本文討論了硅基光電子微環(huán)調(diào)制器在幅度和相位域的復雜 E/O 頻率響應特性�；�于耦合模式理論模型的模擬驗證了測量到的響應。本文介紹的表征技術(shù)為優(yōu)化微環(huán)調(diào)制器以實現(xiàn)所需的相干發(fā)射機性能提供了有力工具，從而進一步推動了大容量、短距離相干光通信的發(fā)展。