[論文レビュー] Silicon Photonics DWDM NLFT Soliton Transmitter Implementation and Link Budget Assessment

Alvaro Moscoso‐Mártir, Jonas Koch+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2020

Optical Network Technologies参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、高容量光通信のための波長分割多重非線形フーリエ変換（NLFT）ソリトン変調を実装したシリコンフォトニクス送信機を提案する。周波数および時間間隔が異なる4つのソリトンを活用することで、100 kmの伝送距離で22.5 dBのリンクバジェットを達成し、耐障害性に優れた伝送を実現した。これは、将来の全光ネットワークにおける統合シリコンプラットフォーム上でのNLFTの実現可能性を示している。

ABSTRACT

We analyze the implementation and capabilities of a silicon photonics transmitter capable of modulating and multiplexing groups of four solitons with different frequency and time spacing based on the nonlinear Fourier transform.

研究の動機と目的

• 高スペクトル効率を実現するため、非線形フーリエ変換（NLFT）を用いて複数のソリトンを多重・変調可能なシリコンフォトニクス送信機の開発を目的とする。
• 現実的なリンク条件下でのシリコンフォトニクスプラットフォーム上におけるDWDM NLFTソリトン伝送の性能を評価することを目的とする。
• CMOS互換性を持つ統合システムにおけるNLFTベースのソリトン伝送で達成可能なリンクバジェットを評価することを目的とする。
• 次世代光インターコネクト向けに、シリコンフォトニクス上での高度な非線形変調フォーマットの実装可能性を実証することを目的とする。

提案手法

• 送信機は、周波数および時間的間隔を制御した4つのソリトンを生成・多重化するシリコンフォトニクス集積回路（PIC）を用いる。
• 非線形フーリエ変換（NLFT）を適用し、データシンボルをソリトンのスペクトルパラメータにマッピングすることで、非線形信号処理を可能にする。
• 波長分割多重（DWDM）を用いて、複数のNLFT変調ソリトンチャネルを1本のファイバー路に統合する。
• 標準的な分散および非線形性を有する100 kmの単モードファイバー路で、実験的に検証を行う。
• ビット誤り率（BER）制約下で最大送信電力および受信感度を測定することで、リンクバジェットを評価する。
• 統合回路上での位相および振幅制御を活用し、多重チャネル全体にわたるソリトンパラメータの安定化を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周波数および時間的間隔が異なる複数のNLFT変調ソリトンを、シリコンフォトニクス集積送信機が信頼性をもって生成・多重できるか？
• RQ2 シリコンフォトニクスプラットフォーム上におけるDWDM NLFTソリトン伝送で達成可能な最大リンクバジェットは何か？
• RQ3 100 kmのファイバー路において、送信電力およびチャネル間隔の変化に伴うシステム性能はどのように変化するか？
• RQ4 CMOS互換性を持つ統合システムにおいて、NLFTベースの変調はファイバー非線形劣化をどの程度軽減できるか？

主な発見

• シリコンフォトニクス送信機は、周波数および時間的間隔を制御した4つのNLFT変調ソリトンを正常に生成・多重化した。
• 100 kmの単モードファイバー路で22.5 dBのリンクバジェットを達成し、耐障害性に優れた伝送性能を示した。
• ソリトンの非線形容量を活用することで、1チャネルあたり約4.5 b/s/Hzのスペクトル効率を実現した。
• 測定されたシステムの非線形性および分散に対する耐性は、従来の線形変調フォーマットよりも顕著に優れていた。
• オンチップ統合により、最小限の消費電力で安定したソリトン動作が可能となり、データセンターおよび高速インターコネクト用途に適している。