C2PO: óptica coherente coempaquetada utilizando offset-QAM-16 para E/S ópticas más allá de PAM-4

Área de la Ciencia:

• Fotónica e Ingeniería Óptica
• Óptica Integrada
• Sistemas de Comunicación de Alta Velocidad

Sus antecedentes:

• La óptica coempaquetada (CPO) es crucial para el futuro hardware de IA, exigiendo alto ancho de banda, densidad y eficiencia energética.
• Los moduladores de microanillo (MRM) ofrecen tamaño compacto y eficiencia energética para transmisores de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM).
• Lograr >200 Gb/s requiere formatos de modulación avanzados como la modulación de amplitud en cuadratura de orden superior (QAM).

Objetivo del estudio:

• Demostrar la viabilidad de usar MRM para formatos de modulación de orden superior.
• Desarrollar transmisores CPO (C2PO) coherentes basados en MRM para velocidades de datos de 400 Gb/s.
• Evaluar el rendimiento y la estabilidad térmica de los transmisores basados en MRM.

Principales métodos:

• Se simularon moduladores de amplitud de fase constante basados en MRM para offset-QAM-16.
• Se evaluó el rendimiento del transmisor utilizando el proceso de fotónica de silicio proporcionado por la fundición.
• Se realizaron modelado de tasa de error de bits (BER) a nivel de enlace y simulaciones térmicas.
• Se fabricó un chip de prueba de concepto que demuestra offset-QAM-4 basado en MRM de 25 Gb/s.

Principales resultados:

• Se lograron 400 Gb/s utilizando offset-QAM-16 con una potencia óptica de 11,87 dBm, comparable a los enlaces basados en MZM.
• Se demostró un contraste de amplitud de campo eléctrico normalizado de entrada de 0,64 por dimensión.
• Se validó la estabilidad térmica para cumplir con la BER objetivo a las velocidades de datos deseadas.
• El chip de prueba de concepto logró 25 Gb/s offset-QAM-4, mostrando una reducción de tamaño de 10 a 100 veces.

Conclusiones:

• Los transmisores CPO (C2PO) basados en MRM son una solución viable para futuras aplicaciones de ultra alto ancho de banda.
• El diseño propuesto permite la implementación eficiente de formatos de modulación avanzados como offset-QAM-16.
• La tecnología MRM ofrece ventajas significativas de tamaño y potencia potencial sobre las soluciones basadas en MZM.