[論文レビュー] Wavelength conversion of data at gigabit rates via nonlinear optics in an integrated micro-ring resonator

Alessia Pasquazi, Raja Ahmad+6 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2017

Photonic and Optical Devices参考文献 14被引用数 30

ひとこと要約

この論文は、CMOS互換性があり高屈折率の誘電体で構成されたマイクロリングレゾネータを用いた四波混合を用いて、2.5 Gb/sの全光的波長変換を実証した。Cバンドにおいて27.7 nmの変換帯域幅を達成し、平均ポンプパワー22 dBmで0.3 dB未満のシステムペナルティを達成した。これは、このようなデバイスにおける初のシステムペナルティ測定である。

ABSTRACT

We present the first system penalty measurements for all-optical wavelength conversion in an integrated ring resonator. We achieve wavelength conversion over a range of 27.7nm in the C-band at 2.5 Gb/s by exploiting four wave mixing in a CMOS compatible, high index glass ring resonator at ~22 dBm average pump power, obtaining < 0.3 dB system penalty.

研究の動機と目的

• ギガビットデータレートで統合マイクロリングレゾネータにおける全光的波長変換を実証すること。
• 実用的な光通信環境におけるシステム性能を、システムペナルティ測定を通じて評価すること。
• CMOS互換プラットフォームを用いた非線形四波混合を用いて、Cバンドで広帯域の変換を達成すること。
• 低信号歪みと高いアイオープンのペナルティを維持しつつ、ポンプパワー効率を最適化すること。

提案手法

• 光を閉じ込め、非線形相互作用を強化するために、CMOS互換性があり高屈折率の誘電体で構成されたマイクロリングレゾネータを用いた。
• 波長変換のコアとなる非線形プロセスとして、四波混合（FWM）を採用した。
• レゾネート波長に合わせた平均ポンプパワー22 dBmを注入し、FWMによってイジール信号を生成した。
• アイダイアグラムとビットエラーレート（BER）解析を用いて、信号整合性を測定することで、システムペナルティを測定した。
• 帯域幅性能を評価するために、Cバンドの27.7 nm範囲にわたり実験を実施した。
• 低劣化を確認するために、光学スペクトル解析とシステムペナルティ曲線を用いて結果を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小限のシステムペナルティで、2.5 Gb/sの全光的波長変換が統合マイクロリングレゾネータで達成可能か？
• RQ2 CMOS互換プラットフォームを用いたFWMによるCバンドにおける最大の達成可能な変換帯域幅は何か？
• RQ3 ポンプパワーのレベルが、波長変換プロセスにおけるシステムペナルティと信号品質に与える影響は何か？
• RQ4 ギガビットデータレートで、低ビットエラー率と高いアイオープンを維持できるか？
• RQ5 コンactな非線形デバイスにおいて、変換帯域幅とシステムペナルティのトレードオフは何か？

主な発見

• 高屈折率の誘電体で構成されたマイクロリングレゾネータを用いた四波混合により、Cバンドで27.7 nmの波長変換帯域幅を達成した。
• 変換帯域幅全体で0.3 dB未満のシステムペナルティが測定され、ほぼ損失のない信号再生を示した。
• 平均ポンプパワー22 dBmで実験が実施され、コンactプラットフォームにおける効率的な非線形相互作用を示した。
• この結果は、統合マイクロリングレゾネータにおける全光的波長変換の初のシステムペナルティ測定である。
• 2.5 Gb/sで動作し、信号歪みが最小限に抑えられ、高速光通信システムへの適性が確認された。