[논문 리뷰] Optical performance monitoring at 640Gb/s via slow-light in a silicon nanowire

Bill Corcoran, Christelle Monat외 7명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 13.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 35인용 수 48

한 줄 요약

이 논문은 소형 80 µm 실리콘 나노와이어 광결정 파동도파로에서 느린 빛 증폭을 통한 제3차 고조파 발생(THG)을 이용해 640Gb/s에서 광성능 모니터링(OSNR 및 잔류 굴절률)을 구현한다. 이 장치는 40 Gb/s 대비 내재적 성능 저하 없이 640 Gb/s에서 신호 처리 성능을 달성하여 16배 빠른 속도 향상과 1 Tb/s를 초월한 운영을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We demonstrate optical performance monitoring of in-band optical signal to noise ratio (OSNR) and residual dispersion, at bit rates of 40Gb/s, 160Gb/s and 640Gb/s, using slow-light enhanced optical third harmonic generation (THG) in a compact (80 micron) dispersion engineered 2D silicon photonic crystal waveguide. We show that there is no intrinsic degradation in the enhancement of the signal processing at 640 Gb/s relative to that at 40Gb/s, and that this device should operate well above 1Tb/s. This work represents a record 16-fold increase in processing speed for a silicon device, and opens the door for slow light to play a key role in ultra-high bandwidth telecommunications systems.

연구 동기 및 목표

• 1 Tb/s를 초월하는 초고속 데이터 전송 속도에서 실시간 광성능 모니터링을 가능하게 하기 위해.
• 640 Gb/s에서 운영되는 차세대 광통신 시스템에서 신호 품질을 모니터링하는 과제를 해결하기 위해.
• 느린 빛 증폭을 통한 실리콘 나노와이어에서의 성능 유지가 극단적인 비트 속도에서 가능함을 입증하기 위해.
• 실리콘 기반 전광학 신호 처리 기술이 1 Tb/s를 초월해 확장 가능한지를 검증하기 위해.

제안 방법

• 느린 빛 전파를 구현하기 위해 분산 설계가 된 2차원 실리콘 광결정 파동도파로를 사용한다.
• 신호 모니터링의 핵심 비선형 과정으로 제3차 고조파 발생(THG)을 활용한다.
• 효율적인 비선형 상호작용 길이와 감도를 향상시키기 위해 느린 빛 증폭을 활용한다.
• 고비트 속도에서 높은 효율을 유지하기 위해 소형 80 µm 장치 길이를 채택한다.
• 제3차 고조파 신호의 강도를 측정하여 OSNR 및 잔류 색산성 굴절률을 평가한다.
• 40 Gb/s, 160 Gb/s 및 640 Gb/s 데이터 전송 속도에서 성능을 검증하여 확장 가능성을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실리콘 나노와이어에서 느린 빛 증폭을 통한 THG가 640 Gb/s에서 광성능 모니터링을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 40 Gb/s 대비 640 Gb/s에서 느린 빛 증폭을 통한 THG 과정의 성능 저하가 발생하는가?
• RQ3 이 전광학 모니터링 기술이 실리콘에서 도달할 수 있는 최대 데이터 전송 속도는 얼마인가?
• RQ4 초고속에서 OSNR 및 잔류 굴절률에 대한 감도를 유지할 수 있는가?
• RQ5 실리콘 광학에서 느린 빛 증폭 메커니즘이 1 Tb/s를 초월해 확장 가능한가?

주요 결과

• 40 Gb/s 대비 내재적 성능 저하 없이 640 Gb/s에서 OSNR 및 잔류 굴절률을 성공적으로 모니터링하였다.
• 느린 빛 증폭이 효과적인 비선형 상호작용을 유지하여 640 Gb/s에서 고감도 모니터링을 가능하게 하였다.
• 80 µm 길이의 실리콘 나노와이어가 이전 실리콘 기반 장치 대비 처리 속도를 16배 향상시켰다.
• 시스템은 1 Tb/s를 초월한 운영 잠재력을 보이며, 향후 초고대용량 네트워크의 확장 가능성을 시사한다.
• 결과는 설계된 느린 빛를 가진 실리콘 나노와이어가 테라비트/초 수준의 데이터 전송 속도에서 실시간 전광학 모니터링을 지원할 수 있음을 확인한다.