[論文レビュー] A Figure of Merit Based Transmitter Link Penalty Calculation for CMOS-Compatible Plasma-Dispersion Electro-Optic Mach-Zehnder Modulators

D. M. Gill, W. M. J. Green+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2012

Photonic and Optical Devices参考文献 10被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、CMOS互換性を持つプラズマ分散マハイツェンダー・モジュレータにおける送信機リンク損失を算出するための図柄基準（FOM）ベースの手法を提案している。消光比（ER）、FOM、ピーク・ツー・ピーク電圧（Vpp）を用いて、17.8 V-cm の FOM と 1 Vpp の駆動条件下で、ER が 3.5 から 10 dB の範囲で変動しても、リンクマージンはほぼ同一（0.5 dB 以内）であることが示された。これは、この範囲内では FOM が ER に依存せずにシステム性能を効果的に予測できることを示している。

ABSTRACT

We derive equations that quantify silicon Mach-Zehnder Interferometer (MZI) modulator impact upon optical link budget for NRZ transmissions based solely upon modulator extinction ratio (ER), the efficiency-loss figure of merit (FOM), and peak-to-peak drive voltage (Vpp). Our modulator link penalty equations transform the modulator efficiency-loss FOM from a simple device quality metric into a means of predicting how design and technology choices impact system margin. Our results indicate that, with a 17.8 V-cm FOM and 1 Vpp drive, designing an MZI to have an ER anywhere within the large range from 3.5-10 dB leads to nearly constant link margins, identical to within 0.5 dB.

研究の動機と目的

• NRZ伝送におけるシリコン・マハイツェンダー・モジュレータの光学リンク予算への影響を定量化すること。
• モジュレータの効率損失図柄基準（FOM）とシステムレベルの性能マージンの直接的な関連を確立すること。
• システム設計者が、ER、FOM、Vpp の3つの主要パラメータのみを用いてリンク損失を予測できるようにすること。
• FOM が広い範囲の消光比においても、システムマージンの強固な予測因子として機能することを実証すること。

提案手法

• モジュレータの消光比（ER）、図柄基準（FOM）、ピーク・ツー・ピーク駆動電圧（Vpp）を送信機リンク損失に関連付ける解析的方程式を導出する。
• FOM をデバイス効率損失の代理指標として用い、デバイスレベルの指標をシステムレベルの性能予測に変換する。
• 導出された方程式を用いて、NRZ変調フォーマット下でのリンクマージン劣化をモデル化する。
• 17.8 V-cm の FOM と 1 Vpp の駆動電圧を用い、ER の範囲（3.5–10 dB）においてモデルを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMOS互換性を持つプラズマ分散 MZI モジュレータの図柄基準（FOM）は、システムレベルのリンクマージンにどのように影響するか？
• RQ2 FOM と Vpp を一定に保った場合、消光比（ER）の変動がリンク損失に与える影響はどの程度か？
• RQ3 詳細なデバイスシミュレーションを必要とせずに、FOM をリンク損失の信頼できる予測因子として使用できるか？
• RQ4 FOM と Vpp がそれぞれ 17.8 V-cm と 1 Vpp に固定された場合、リンクマージンは ER の変化に対してどの程度感度を示すか？

主な発見

• 17.8 V-cm の FOM と 1 Vpp の駆動電圧条件下では、ER が 3.5–10 dB の範囲で変動しても、リンクマージンはほぼ一定である。
• ER 範囲全体におけるリンクマージンの最大変動は 0.5 dB 未満であり、ER の変化に対してほとんど感度を示さないことが示された。
• FOM ベースのモデルは、ER、FOM、Vpp の3つの測定可能なパラメータのみを用いて、システムレベルの性能を効果的に予測できた。
• 結果として、FOM がシステムレベルの設計トレードオフにおいて強力なツールであることが検証され、デバイスレベルの性能とシステムマージンの推定を分離できるようになった。