[논문 리뷰] Optical wavelength conversion of high bandwidth phase-encoded signals in a high FOM 50cm CMOS compatible waveguide

Francesco Da Ros, Edson Porto da Silva외 7명|Figshare|2018. 08. 08.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 17인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 높은 대역폭 QAM 신호—32GBd QPSK 및 10GBd 16QAM를 포함—의 효율적인 파장 변환을 수행한다. 이는 고도수지 도핑된 고굴절률 유리 파동도파로(50cm 길이, CMOS 호환성, 높은 도구품질 지수(FOM))를 사용하여 달성되었으며, 이는 높은 도구품질 지수(FOM)를 특징으로 한다. 시스템은 10nm 대역폭 내에서 HD-FEC 임계값(3.8×10⁻³) 이하의 BER과 0.3 dB 이하의 OSNR 페널티를 달성하였다. 이는 초저손실(0.07 dB/cm 미만)과 큰 재료 금속대역 간격 덕분에 실현되었다.

ABSTRACT

We demonstrate wavelength conversion of QAM signals including 32GBd QPSK and 10GBd 16QAM in a 50cm long high index doped glass spiral waveguide. The quality of the generated idlers over a 10nm bandwidth is sufficient to achieve a BER performance below the HD FEC threshold (less than 3.8 x 10-3), with an OSNR penalty of less than 0.3 dB compared to the original signal. Our results confirm that this is a promising platform for nonlinear optical signal processing, a result of both very low linear propagation loss (less than 0.07 dB/cm) and the large material bandgap that ensures negligible nonlinear loss at telecom wavelengths.

연구 동기 및 목표

• 차세대 광통신을 위한 통합 광학 플랫폼에서 고속·저손실의 전광학적 신호 처리를 가능하게 하기 위해.
• 고대역폭 위상-변조 신호를 위한 소형 파동도파로에서 비선형 신호 왜곡과 전파 손실 문제를 해결하기 위해.
• 선형 오류 보정(FEC) 임계값을 충족하거나 초월하는 성능 지표를 확보한 QAM 신호의 파장 변환을 시연하기 위해.
• 고도수지 품질 지수(FOM)와 CMOS 호환성 파동도파로가 실용적인 비선형 광학 신호 처리 응용 분야에 적합한지 검증하기 위해.

제안 방법

• 높은 도구품질 지수(FOM)를 지닌 50cm 길이의 고굴절률 도핑 유리 나선형 파동도파로를 사용하여 비선형 효율을 향상시킴.
• 통신 파장에서 위상-변조 QAM 신호의 파장 변환을 위해 4파동 혼합(FWM)을 활용함.
• 10nm 대역폭에 걸쳐 아이들러 신호를 생성하기 위해 이중 풀장 구성을 도입함.
• 저선형 전파 손실(0.07 dB/cm 미만)과 큰 재료 금속대역 간격을 활용하여 비선형 손실을 억제하고 신호 무결성을 유지함.
• 변환 대역폭 전반에 걸쳐 비트 오류율(BER) 및 OSNR 페널티 측정을 통해 신호 품질을 특성화함.
• 오류 내성의 기준으로 표준 HD-FEC 임계값(3.8×10⁻³)을 사용하여 성능 검증함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CMOS 호환성 파동도파로에서 최소한의 신호 열화를 동반한 고대역폭 QAM 신호의 효율적 파장 변환이 가능한가?
• RQ2 고도수지 품질 지수(FOM)와 저손실 파동도파로 플랫폼에서 파장 변환의 최대 가능 대역폭과 신호 품질은 무엇인가?
• RQ3 저전파 손실과 큰 밴드 갭 재료의 조합이 비선형 처리 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 실시간 통신 시스템에서 허용 가능한 임계값 이하로 OSNR 페널티가 유지되는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 이 파동도파로는 32GBd QPSK 및 10GBd 16QAM와 같은 고스펙트럼 효율 신호를 FEC 한계 이하의 BER로 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 파동도파로는 32GBd QPSK 및 10GBd 16QAM 신호 모두에 대해 HD-FEC 임계값인 3.8×10⁻³ 이하의 비트 오류율(BER)을 달성하였다.
• 변환된 신호의 OSNR 페널티는 10nm 대역폭 전역에서 0.3 dB 이하로 유지되어 거의 이상적인 신호 재생을 나타냈다.
• 시스템은 0.07 dB/cm 이하의 초저선형 전파 손실을 나타내어 장거리 전송에서의 신호 무결성에 매우 중요했다.
• 큰 재료 금속대역 간격 덕분에 비선형 손실이 효과적으로 억제되어 고출력 수준에서도 신호 품질이 유지되었다.
• 파동도파로의 높은 FOM 덕분에 비선형 손실 최소화로 인한 효율적인 4파동 혼합(FWM)을 통한 파장 변환이 가능했다.
• 결과적으로 이 플랫폼이 통합 광학 분야에서 실용적이고 에너지 효율적인 전광학적 신호 처리에 적합하다는 것이 확인되었다.