[논문 리뷰] 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. Green외 6명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 11.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 10인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 CMOS 호환성 있는 플라즈마 분산 막스-제너더 조절기(MZM)에서 송신기 링크 손실을 계산하기 위해 도입된 도구의 효율성(FOM) 기반 방법을 제시한다. 여기서는 감쇠비(ER), FOM, 피크 투 피크 전압(Vpp)을 사용한다. 17.8 V-cm의 FOM과 1 Vpp의 드라이브 조건에서, ER이 3.5에서 10 dB 범위로 변할 경우 거의 동일한 링크 마진(0.5 dB 이내)을 보이며, 이는 FOM이 이 범위 내에서 ER의 변화에 관계없이 시스템 성능을 효과적으로 예측할 수 있음을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• NRZ 전송을 위한 실리콘 막스-제너더 조절기의 광 링크 예산에 미치는 영향을 정량화하는 것.
• 조절기의 효율 손실 도구(FOM)와 시스템 수준의 성능 마진 사이의 직접적인 연관성을 설정하는 것.
• 시스템 설계자가 ER, FOM, Vpp의 세 가지 핵심 파rameter만으로 링크 손실을 예측할 수 있도록 하는 것.
• FOM이 이 범위 내에서 다양한 감쇠비(ER)에 대해 시스템 마진을 강력하게 예측할 수 있음을 입증하는 것.

제안 방법

• 조절기 감쇠비(ER), 도구의 효율성(FOM), 피크 투 피크 드라이브 전압(Vpp)이 송신기 링크 손실에 미치는 영향을 기술하는 분석적 수식을 유도한다.
• FOM을 장치 효율 손실의 대체 지표로 사용하여, 장치 수준의 지표를 시스템 수준의 성능 예측 도구로 전환한다.
• 유도된 수식을 사용해 NRZ 변조 형식 하에서 링크 마진 열화를 모델링한다.
• 3.5–10 dB의 ER 값 범위에서 17.8 V-cm의 FOM과 1 Vpp의 드라이브 전압을 사용하여 모델을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CMOS 호환성 있는 플라즈마 분산 MZI 조절기의 도구의 효율성(FOM)이 시스템 수준의 링크 마진에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 FOM과 Vpp를 일정하게 유지할 경우 감쇠비(ER)의 변동이 링크 손실에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 세부 장치 시뮬레이션 없이도 FOM을 신뢰할 수 있는 송신기 링크 손실 예측 도구로 사용할 수 있는가?
• RQ4 FOM과 Vpp가 각각 17.8 V-cm와 1 Vpp로 고정되었을 때, ER의 변화에 따른 링크 마진 민감도는 어떠한가?

주요 결과

• 17.8 V-cm의 FOM과 1 Vpp의 드라이브 전압 조건에서, 감쇠비(ER)가 3.5–10 dB 범위에서 변화하더라도 링크 마진은 거의 일정하다.
• ER 범위 전체에서 링크 마진의 최대 변동 폭은 0.5 dB 미만이었으며, 이는 ER 변화에 대한 민감도가 매우 낮음을 시사한다.
• FOM 기반 모델은 ER, FOM, Vpp의 세 가지 측정 가능한 파rameter만으로도 시스템 수준의 성능을 성공적으로 예측한다.
• 결과적으로 FOM은 장치 수준 성능과 시스템 마진 추정을 분리할 수 있는 강력한 도구로 검증되었으며, 시스템 수준 설계의 트레이드오프에 유용하다.