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800 Gb/s DR8的高带宽硅光子发射器

800 Gb/s DR8的高带宽硅光子发射器

AL53-DR8-G2发射器是一个单硅光子集成电路(PIC),包括八个并行电光100 Gb/s PAM4调制器,这些调制器被配置成一个紧凑的800 Gb/s DR8发射器。PIC设计由两个CW输入激光器供电,每个激光器工作在1311 nm的标称波长下,并包括两组一到四(1 x 4)分光器,以便每个激光器为八个PAM4调制器中的四个提供光功率,如左图所示。

八个独立的光调制器是差分驱动Mach-Zehnder调制器(MZM),电光3dB带宽为40 GHz。

来自两个激光源(左图中的“激光器A”和“激光器B”)的光输入信号可以经由透镜耦合或通过保偏光纤的对接耦合插入PIC中。发射器的两个光输出端口(图1中的“OutA”和“Out B”)设计用于直接对接耦合到符合G.652或G.657标准的单模光纤。

产品特点

AL53-DR8-G2发射器的主要特性总结见下表1。

表1 -AL53-DR8-G2 PIC主要特性

特性

描述

备注

整体芯片尺寸

2.985mm×5.600mm

无光纤输出

芯片厚度

400 μm ± 5 μm

无焊线和输出光纤


光输入端口(2)

设计用于单模保偏光纤的直接对接耦合或CW激光器的透镜耦合(8°角接口)

两个片上1 x 4分光器将光分配到8个MZM


光输出端口(8)

设计用于直接对接耦合到G.652或G.657标准单模光纤(8°角接口)

针对LBL单模光纤的耦合进行了优化

光信号偏振

TE

输入和输出

调制器驱动信号(Vp和Vn)


差分、直流或交流耦合

片上端接(90 Ω差分)

RF偏置电压(Vbias)

片上添加(参见图2)

所有调制器通用

RF直流偏置电压(Vdd)

片上添加(参见图3)

所有调制器通用

Mach-Zehnder偏置控制

片上热电移相器(TOPS)

每个调制器一个

激光输入监控探测器

两个片上分接MPD

每个激光器一个

TX输出监视器检测器

三个片内抽头MPD(两个互补)

每个调制器

电气端子

焊线焊盘

对于RF和低速信号

图2 -带监控器PD的单Mach-Zehnder调制器

MZM可通过直流耦合或交流耦合差分RF信号驱动,如图3所示。

(a)使用AC耦合驱动信号

(b)使用DC耦合驱动信号

(c)带集电极开路驱动器

图3 -单个Mach-Zehnder调制器的电气连接

Mach-Zehnder调制器的工作点由可调热电光学移相器(TOPS)单独控制。调制器工作点的反馈可以从每个Mach-Zehnder调制器的输出处的两个互补分接监控光电检测器(分接MPD)获得(参见左图中的“MPD_L_n“和“MPD_R_n“)。

注意,对于每个调制器,“MPD_L_n”的阳极都在片上连接到 “MPD_R_n”的阴极。通过这种连接,可以对每对分接MPD的差分光电流进行外部监控。建议在两个分接MPD上分别施加1 V至2 V的反向偏置电压,以避免MPD响应饱和。

由于驱动电压要求低且电气带宽高,Mach-Zehnder调制器可直接由集成驱动放大器的硅PAM4ASIC的差分输出信号驱动,提供≥ 2.7 V p-p差分驱动电压。不需要额外的驱动放大器。

与发射器的所有电气连接都通过焊线进行,包括RF调制器驱动信号Vp和Vn。RF驱动信号的焊

线应尽可能短。

主要应用
  • 无缝对接现有IM-DD链路:产品兼容主流强度调制-直接检测(IM-DD)架构,可直接集成于现有光模块设计。
  • 支持LPO(低功耗光互联):满足数据中心对低功耗、高能效的严苛要求。
  • 扩展性强:技术可平滑升级至800G/通道及以上,为未来1.6Tb/s甚至更高速率预留空间。
参数

AL53-DR8-G2发射器旨在满足400GBASE-DR8发射特性的性能要求。光学和电气设备规格列于下表2中。

表2 -AL53-DR8-G2PIC规格


参数


单元


条件

分钟

典型值

最大

符号率

GBd

-

53

-

对于PAM4信号

工作波长

nm

1304

-

1318

规格适用的波长范围

电光带宽

GHz

-

40

-

3 dB滚降频率(无电气预补偿)

调制器消光比

dB

22

-

-

直流测量


光纤到光纤的光插入损耗(IL)


dB


-


-


17

适用于MZM最大传输时的每个激光输入。包括光纤耦合、1x4分光器损耗以及所有片上损耗

任意两条通道之间的插入损耗差

dB

-

-

1

所有输出通道的最大值(激光输入功率相等时)

TX输出端口的光反射率

dB

-

−34

−27

所有8个输出端口的最大值

MZ调制器的Vπ

V

-

6

-

直流时,采用差分驱动

RF阻抗

Ω

88

90

94

平均高达40 GHz

电回波损耗(S11)

dB

-

-

−15

最大值高达40 GHz

MZM TOPS的Vset

V

2

-

5

MZM的第一个正交点

MZM TOPS的Iset

mA

4

-

9

MZM的第一个正交点

所有TOPS的Pπ = Vπ ·Iπ

mW

-

15

-

第一个和第二个空值之间

TOPS的电阻率

Ω

550

-

610

无外加电压

输出分接监控光电探测器

mA/W

-

0.5

-

对于所有“MPD_L”和“MPD_R”,参考光输入功率

输入分接监控光电探测器

mA/W

-

0.1

-

对于“MPD_In_A”和“MPD_In_B”,参考光输入功率

MZM互补输出MPD的响应度

mA/W

-

60

-

对于所有“MPD_C”(参见图2),参考光输入功率

工作温度范围

°C

-5

-

75


工作相对湿度范围(非冷凝)

%RH

5

-

85


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