[논문 리뷰] High Transmission Bit Rate of A thermal Arrayed Waveguide Grating (AWG) Module in Passive Optical Networks

Abd El Naser A. Mohammed, Ahmed Nabih Zaki Rashed외 2명|ArXiv.org|2009. 06. 20.

Advanced Photonic Communication Systems참고 문헌 10인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 실리콘 기반에서 리튬 niobate/PMMA 복합 파장도파로를 사용한 열적 어레이드 웨이브가이드 그레팅(AWG) 모듈을 제안하며, 온도 조절을 통한 파장 안정화를 통해 고비트레이트 전송을 가능하게 한다. 재료 및 구조적 파arameter를 최적화함으로써 저자들은 최대 시간 분할 multiplexing(MTDM)을 통해 안정적이고 고속의 데이터 전송을 달성하였으며, PON에서 스펙트럼 효율성 및 비트레이트 성능 향상이著명하게 향상됨을 입증하였다.

ABSTRACT

In the present paper, high transmission bit rate of a thermal arrayed waveguide grating (AWG) which is composed of lithium niobate (LiNbO3)/polymethyl metha acrylate (PMMA) hybrid materials on a silicon substrate in Passive Optical Networks (PONs) has parametrically analyzed and investigated over wide range of the affecting parameters. We have theoretically investigated the temperature dependent wavelength shift of the arrayed waveguide grating (AWG) depends on the refractive-indices of the materials and the size of the waveguide. A thermalization of the AWG can be realized by selecting proper values of the material and structural parameters of the device. Moreover, we have analyzed the data transmission bit rate of a thermal AWG in passsive optical networks (PONs) based on Maximum Time Division Multiplexing (MTDM) technique.

연구 동기 및 목표

• 실리콘 기반 열적 조절을 통한 파assive 광망로의 AWG 장치에서의 파장 이격 문제를 해결하기 위해.
• 열적 어레이드 웨이브가이드 그레팅(AWG) 모듈의 통합을 통해 PON 내 데이터 전송 비트레이트를 향상시키기 위해.
• 재료 및 구조적 파arameter가 AWG 장치의 온도 의존적 파장 이동에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 고스펙트럼 효율성을 달성하기 위해 최대 시간 분할 다중화(MTDM) 기반 열적 AWG의 성능 평가하기 위해.
• 실리콘 기반 광학 플랫폼에서 안정적이고 고비트레이트 전송을 위한 복합 LiNbO3/PMMA 웨이브가이드 시스템 최적화하기 위해.

제안 방법

• AWG 내의 파장 이동을 예측하기 위해 LiNbO3 및 PMMA 재료의 온도 의존적 굴절률 변화를 이론적으로 모델링하기 위해.
• 원하는 열적 조절 동작을 달성하기 위해 파장도파로 치수 및 재료 특성의 파arametric 분석을 수행하기 위해.
• 국부적 가열을 통해 AWG의 중심 파장을 제어하기 위한 열 액추에이터 시스템을 구현하기 위해.
• PON 아키텍처 내 데이터 스루풋을 극대화하기 위해 최대 시간 분할 다중화(MTDM) 기법을 적용하기 위해.
• 최적의 작동 지점을 식별하기 위해 다양한 온도 및 구조 조건에서 비트레이트 성능을 시뮬레이션하기 위해.
• AWG의 중심 파장을 안정화하고 채널 간격을 향상시키기 위해 굴절률 및 기하학적 파arameter를 제어 변수로 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LiNbO3 및 PMMA의 온도 의존적 굴절률은 AWG의 중심 파장 이동에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 어떤 재료 및 구조적 파arameter 조합이 AWG 중심 파장의 효과적인 열적 조절을 가능하게 하는가?
• RQ3 MTDM 기법은 열적 AWG 기반 PON에서 데이터 전송 비트레이트를 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 최적의 열적 및 기하학적 조건에서 열적 AWG 모듈이 달성할 수 있는 최대 비트레이트는 얼마인가?
• RQ5 복합 LiNbO3/PMMA 웨이브가이드 시스템은 실리콘 기반 PON에서 안정성 및 성능을 얼마나 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 정밀한 재료 및 파장도파로 기하학적 형상 제어를 통해 열적 AWG 모듈이 온도에 의한 이격을 최소화하면서 안정적인 파장 작동을 달성하였다.
• 파arametric 분석 결과, LiNbO3 및 PMMA의 굴절률 변화가 파장 이동에 크게 영향을 미치며, 이는 조절 가능한 작동을 가능하게 하였다.
• 최적의 파장도파로 치수 및 재료 선택은 낮은 전력 소비로 효과적인 열적 조절을 가능하게 하였다.
• MTDM 기반 전송 기법은 고스펙트럼 효율성을 달성하여 PON 내 고비트레이트 데이터 전송을 지원하였다.
• 복합 LiNbO3/PMMA 웨이브가이드 시스템은 기존 AWG 설계 대비 향상된 열적 안정성과 성능을 보였다.
• 이론적 모델은 열적 AWG가 차세대 파assive 광망로에 적합한 고전송 비트레이트를 지원할 수 있음을 확인하였다.