摘要我们报告了使用集总电极和传统引线接合的混合 CMBH-Ridge O 波段 EML，其 75GHz 3dB BWat 55C。在 20C 至 70C 范围内展示了 PAM4 (240 Gbits/s)、PAM6 (300 Gbits/s) 和 PAM8 (360 Gbits/s) 眼图，ER 为 3.5dB，输出功率为 7dBm。
简介
随着行业向 1.6T 以太网过渡，对高速调制器的需求不断增加，带宽 (BW) 要求超过 60 GHz。电吸收调制激光器 (EML) 体积小、成本低，具有出色的 BW 和输出功率，适用于高速数据中心应用。Broad-com 最近展示了 [1] 200G 非制冷 EML，温度范围为 20 至 70C，消光比 (ER) 为 4 dB，输出功率大于 7 dBm，运行距离为 2km。多个团队 [2-3] 也展示了 200G EML 演示，其中一个团队展示了 155GBd 的 PAM4 眼图 [4]。
本文报告了一种超高速 EML，在 55C 时具有 75 GHz 3 dB EO BW，采用集总电极设计和传统的 50 欧姆 RF 终端和引线键合方法，适用于 1.6T 以上的下一代 EML。背靠背 (BTB) PAM4 (240Gbits/s)、PAM6 (300Gbits/s) 和 PAM8 (360Gbits/s) 眼图随温度变化而变化，ER 约为 3.5 dB，使用 1.1Vpp。直流面功率在 55C 时超过 12 dBm，调制下输出功率为 7 dBm。
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设计
图 13D 高速 EML 示意图
图2浅脊波导横截面
浅脊波导调制器与封盖台面埋置异质结构 (CMBH) DFB 激光器集成（图 1）。除了较低的电容外，浅脊波导（图 2）相对容易制造，并且不同外延层之间的蚀刻选择性可用于精确控制脊蚀刻深度和垂直限制因子。在调制器焊盘下方使用低 k 电介质以进一步降低寄生电容。调制器设计为集总元件，电容比我们上一代 EML [1] 低 10% 到 15%。即使电容较低，在 20 到 70C 的 0 到 -4V 调制器偏压之间，EML 的直流消光比也接近 15 dB（图 3）。
图 3不同温度下的DC消光曲线
CMBH DFB 设计经过优化，可实现更高的输出功率和低固有激光噪声，适用于更高波特率的应用。CMBH DFB 和脊形调制器之间的模式转换经过精心设计，以最大限度地减少光学转换损耗，而浅脊形波导的使用则提高了这些模式转换的错位公差。将制造好的芯片粘合到氮化铝载体 (COC) 上，并使用引线连接 COC 上的调制器焊盘和走线。RF 信号用 50 欧姆电阻终止。
结果
55C 下 0V 调制器偏压下的 L-I 数据（图 4）显示，在 100mA 激光偏压下，输出功率超过 12 dBm，边模抑制比 (SMSR) 大于 45 dB。峰值波长集中在 1313nm 左右。EML 的设计具有低固有噪声 (RIN)，在 55C、100mA 偏压和低背反射条件下，平均值接近 -155 dB/Hz。在 ER 为 3.5 dB 且 RIN 较低的情况下，RIN_OMA 预计低于 -142 dB/Hz。
图 4LI 扫描和 SMSR（插图）@55C
使用 110GHz VNA 和高速光电探测器进行 S11 和 S21 测量。在 55C 时，激光偏置设置为 100mA，调制器偏置在拐点附近。实线（图 5）表示 EO S21，3 dB BW 接近 75 GHz，测量的 S11（虚线所示）低于 5 dB。S21 图显示出出色的平坦响应，直到 65 GHz 为止，损失都小于 -0.5 dB。在 53 GHz 附近有轻微的峰值，可以通过调整终端引线键合长度来控制。通过进一步优化调制器焊盘和载体上的信号迹线之间的引线键合电感，可以改善 65 GHz 以上 S21 的下降。
图 5EO S21 和 S11 在 55C、100mA 激光偏压下
对于眼图测量，使用 Keysight M8199AAWG 和外部 11dB 增益 110GHz 放大器生成 1.1 Vpp 输入电信号。通过放大器内置的偏置 T 形接头向调制器施加直流偏置电压。使用 67GHz GSG 探头将射频电信号施加到调制器部分。电信号质量受 AWG 的采样率和所用探头的较低带宽限制。DFB 电流偏置在 20C 时为 100mA，在 70C 时为 55C 和 120mA。EML 的光输出使用带透镜的光纤耦合，并由 DCA 检测，DCA 的四阶 BesselThomson 滤波器设置为半波特率。
图 6 显示了 120GBd 温度下 PAM4（240 Gbits/s）的测量结果。未均衡和均衡后的眼图分别以黄色和绿色显示。即使没有均衡，也显示出清晰的眼图张开，并且在 5 个抽头处测量的 TDECQ 和 4E-3 SER 小于 3dB。设备经过调整，可在 20 至 70C 范围内满足 3.5 dB ER 和 7 dBm 输出功率。图 7 和图 8 分别显示了 BTB PAM6（300 Gbits/s）和 PAM8（360 Gbits/s）的温度眼图。图中显示了均衡后 PAM6 和 PAM8 在 55C 左右运行时的眼图张开情况。使用更高速的 AWG，眼图质量有望进一步改善。
图 6BTB 120GBd PAM4（240 Gbits/s）眼图随温度变化，ER 为 3.5dB，使用 5 个抽头
图 7BTB 120GBd PAM6（300 Gbits/s）眼图随温度变化，ER 为 3.5dB，使用 40 个抽头
图 8BTB 120GBd PAM8（360 Gbits/s）眼图随温度变化，ER 为 3.5dB，使用 40 个抽头
结论
使用传统的引线键合技术和 50 欧姆 RF 终端，在 55C 下演示了具有 75 GHz 3dB EO BW 的超高速 EML。BTB PAM4 (240 Gbits/s)、PAM6 (300 Gbits/s) 和 PAM8 (360 Gbits/s) 眼图，温度范围内具有 3.5 dB ER 和 7 dBm 输出功率。EML 设计还具有低固有噪声，平均接近 -155 dB/Hz，适用于高波特率应用。进一步优化引线键合电感可以带来额外的 BW 改进，使其适用于 1.6T 以上的下一代以太网。
