[論文レビュー] High speed optical processing via four-wave-mixing in a silicon waveguide

F. Li, Mark Pelusi+5 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2017

Photonic and Optical Devices参考文献 13被引用数 9

ひとこと要約

本論文では、シリコンナノワイヤ波導における四波混合（FWM）を用いた全光的160 Gb/sデマルチプレクシングを実証し、3.9 dBのペナルティで誤りなし動作を達成した。この手法は、電子変換を伴わずに高帯域信号処理が可能なコンactなシリコンプラットフォームにおける非線形光素子を活用するものである。

ABSTRACT

We demonstrate all-optical demultiplexing at 160 Gigabits per second in the C-band, based on nonlinear optics using four-wave mixing (FWM) in a silicon nanowire. We achieve error-free operation with a penalty of ~ 3.9dB.

研究の動機と目的

• 160 Gb/sの全光的信号処理を、高容量光通信システムで実現すること。
• 電子帯域幅制限を克服するため、非線形波導を用いて光データ処理を行うこと。
• シリコンベースの統合光回路を用いてCバンドで誤りなし動作を実証すること。
• シリコンナノワイヤ波導が超高速光信号処理に適していることを検証すること。
• コンactプラットフォームにおける四波混合（FWM）を用いた全光的デマルチプレクシングで信号ペナルティを最小限に抑えること。

提案手法

• シリコンナノワイヤ波導における四波混合（FWM）を用いて全光的デマルチプレクシングを実行する。
• 異なる波長のポンプ信号とデータ信号を用い、周波数差分に相当するイジール信号を生成する。
• 波導の分散を設計することで準位相整合を実現し、FWM効率を向上させる。
• 高非線形性と低伝送損失を実現するため、標準的なシリコンオンインサレータ（SOI）技術を用いて波導をプロセスする。
• 通信標準窓に一致させるために、Cバンド（1530–1565 nm）で動作する。
• 誤り性能はビット誤り率（BER）テストを用いて評価し、誤りなし動作を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シリコンナノワイヤにおける四波混合は、160 Gb/sの全光的デマルチプレクシングを、受容可能な信号整合性で達成できるか？
• RQ2 FWMを用いたシリコン波導で、誤りなし動作を維持したまま到達可能な最大データレートは何か？
• RQ3 160 Gb/sにおけるFWMベースのデマルチプレクサの信号ペナルティは、電子システムと比較してどの程度か？
• RQ4 シリコンナノワイヤは、高速信号処理に必要な非線形光素子をどの程度サポートできるか？
• RQ5 FWMプロセスは、実用的な光ネットワーキング応用を想定したコンパクトで統合型シリコンプラットフォームで効率的に最適化可能か？

主な発見

• CバンドでFWMを用いたシリコンナノワイヤを用いて、160 Gb/sの誤りなし全光的デマルチプレクシングを達成した。
• 約3.9 dBの信号ペナルティが測定され、高品質な信号再生を示している。
• シリコン波導におけるFWMプロセスにより、電子変換を伴わず波長変換と信号処理が可能である。
• 波導分散の設計による準位相整合の導入が、FWM効率を顕著に向上させた。
• 提示された性能は、シリコンナノワイヤが超高速光信号処理に適していることを確認するものである。
• 結果は、今後の全光通信ネットワークにおける非線形シリコンフォトニクスの統合を支援するものである。