[論文レビュー] Optical wavelength conversion of high bandwidth phase-encoded signals in a high FOM 50cm CMOS compatible waveguide

Francesco Da Ros, Edson Porto da Silva+7 more|Figshare|Aug 8, 2018

Photonic and Optical Devices参考文献 17被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、高図形定数（FOM）を有する50cmのCMOS準拠高屈折率ドーピングガラス波guidedを用いて、高帯域幅QAM信号（32GBd QPSKおよび10GBd 16QAMを含む）の効率的波長変換を実証した。システムは、10nm帯域幅にわたり、HD-FECのしきい値（3.8×10⁻³）未満の誤り率（BER）と0.3 dB未満のOSNR劣化を達成した。これは、超低損失（<0.07 dB/cm）と大きな材料バンドギャップによる非線形損失の無視できるほどの低減により実現された。

ABSTRACT

We demonstrate wavelength conversion of QAM signals including 32GBd QPSK and 10GBd 16QAM in a 50cm long high index doped glass spiral waveguide. The quality of the generated idlers over a 10nm bandwidth is sufficient to achieve a BER performance below the HD FEC threshold (less than 3.8 x 10-3), with an OSNR penalty of less than 0.3 dB compared to the original signal. Our results confirm that this is a promising platform for nonlinear optical signal processing, a result of both very low linear propagation loss (less than 0.07 dB/cm) and the large material bandgap that ensures negligible nonlinear loss at telecom wavelengths.

研究の動機と目的

• 次世代光通信を目的とした統合フォトニクスプラットフォームにおける高速・低損失全光信号処理を可能にすること。
• 高帯域幅位相変復信号用に小型波guidedで生じる非線形信号歪みおよび伝搬損失の課題に対処すること。
• フォワードエラー制御（FEC）しきい値を満たすかそれを上回る性能指標を有するQAM信号の波長変換を実証すること。
• 高FOM・CMOS準拠波guidedが実用的な非線形光信号処理応用に適していることを検証すること。

提案手法

• 高図形定数（FOM）を有する50cm長の高屈折率ドーピングガラススパイラル波guidedを用いて、非線形効率を向上させること。
• 通信波長帯域における位相変復QAM信号の波長変換に、四波混合（FWM）を用いること。
• 10nm帯域幅にわたるイダー信号の生成を実現するため、二重ポンプ構成を採用すること。
• 低線形伝搬損失（<0.07 dB/cm）と大きな材料バンドギャップを活用し、非線形損失を低減し、信号整合性を維持すること。
• 波長変換帯域全域でビット誤り率（BER）およびOSNR劣化測定により信号品質を評価すること。
• 誤り耐性のベンチマークとして標準的なHD-FECしきい値（3.8×10⁻³）を用いて性能を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMOS準拠波guidedを用いて、信号劣化を最小限に抑えて高帯域幅QAM信号を効率的に波長変換できるか？
• RQ2 高FOM・低損失波guidedプラットフォームにおける波長変換で達成可能な最大帯域幅と信号品質は何か？
• RQ3 低伝搬損失と大きなバンドギャップ材料の組み合わせが、非線形処理性能にどのように影響するか？
• RQ4 OSNR劣化がリアルタイム通信システムの許容範囲内に保たれる程度はどの程度か？
• RQ5 波guidedが32GBd QPSKおよび10GBd 16QAMといった高スペクトル効率信号を、FEC限界未満のBERで処理できるか？

主な発見

• 波guidedは、32GBd QPSKおよび10GBd 16QAM信号の両方において、HD-FECしきい値（3.8×10⁻³）未満のビット誤り率（BER）を達成した。
• 変換信号のOSNR劣化は10nm帯域幅にわたって0.3 dB未満であり、ほぼ理想に近い信号再生を示した。
• システムは超低線形伝搬損失（0.07 dB/cm未満）を示し、長距離伝送における信号整合性に不可欠であった。
• 大きな材料バンドギャップにより非線形損失が効果的に抑制され、高出力レベルでも信号品質が維持された。
• 波guidedの高FOMにより、歪みが最小限に抑えられた四波混合（FWM）による波長変換が実現された。
• 結果から、このプラットフォームが統合フォトニクスにおける実用的でエネルギー効率の高い全光信号処理に適していることが確認された。