[논문 리뷰] Silicon Photonics DWDM NLFT Soliton Transmitter

Jonas Koch, Alvaro Moscoso‐Mártir외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 07.

Optical Network Technologies참고 문헌 15인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 비선형 푸리에 변환(NLFT) 솔리톤을 사용한 밀도 다중화(wavelength-division multiplexing, DWDM) 전송을 위한 실리콘 포토닉 통합 칩을 제시한다. 비선형 신호 처리와 최적화된 입력 전력 레벨을 활용하여, 시스템은 스펙트럼 효율성 향상과 섬유 비선형성 및 노이즈에 대한 내성을 확보한 강력한 솔리톤 전송을 실현하며, 고도의 균형 보정 기술을 통해 성능 향상을 입증한다.

ABSTRACT

We investigate the transmission of densely multiplexed solitons using a photonic integrated chip and the nonlinear Fourier-transform and analyze required launch conditions, the effect of (de-)multiplexing and noise on the nonlinear spectrum, and equalization techniques that can be used to enhance the transmission performance.

연구 동기 및 목표

• 비선형 푸리에 변환(NLFT) 기법을 활용한 DWDM 솔리톤 전송을 위한 포토닉 통합 칩을 개발하는 것.
• 노이즈 및 multiplexing와 같은 실용적 손상 요소 하에서의 입력 전력 요구 조건과 시스템 성능를 분석하는 것.
• (de-)multiplexing이 비선형 스펙트럼과 전송 품질에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 비선형 섬유 시스템에서 전송 성능을 향상시키는 균형 보정 기술을 조사하는 것.
• 실리콘 포토닉스와 NLFT 기반 솔리톤 전송을 활용한 고용량 광통신의 실현 가능성을 시연하는 것.

제안 방법

• 시스템은 DWDM 구성에서 다수의 솔리톤을 생성하고 전송하기 위해 실리콘 포토닉 통합 회로(PIC)를 활용한다.
• 신호에 비선형 푸리에 변환(NLFT)을 적용하여 솔리톤의 비선형 모드 특성을 활용해 전송 성능을 향상시킨다.
• 섬유 링크에서 스펙트럼 효율성과 비선형 왜곡 간의 균형을 고려해 입력 전력 수준을 최적화한다.
• (de-)multiplexing이 비선형 스펙트럼에 미치는 영향을 분석하여 신호 무결성과 다중접속 간섭을 평가한다.
• 전송 손상 완화 및 신호 대 잡음비 향상을 위해 비선형 스펙트럼 도메인에서 균형 보정 기술을 적용한다.
• 시뮬레이션 및 다양한 노이즈 및 시스템 조건 하에서의 비선형 스펙트럼 분석을 통해 성능를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 입력 전력은 실리콘 포토닉 통합 시스템 내 DWDM 솔리톤의 전송 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 NLFT 기반 솔리톤 전송에서 (de-)multiplexing은 비선형 스펙트럼과 신호 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 노이즈와 섬유 비선형성은 비선형 스펙트럼 도메인에서 솔리톤의 무결성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 NLFT 도메인에서 가장 효과적으로 전송 성능을 향상시키는 균형 보정 기술은 무엇인가?
• RQ5 실리콘 포토닉 통합 칩은 NLFT를 활용한 고스펙트럼 효율성 DWDM 솔리톤 전송을 어느 정도 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 최적의 입력 전력 수준이 도출되어 DWDM 솔리톤 시스템에서 스펙트럼 효율성을 극대화하고 비선형 왜곡을 최소화하는 데 기여하였다.
• 비선형 스펙트럼은 (de-)multiplexing 조건에서도 안정적으로 유지되어 NLFT 도메인에서 채널 간섭에 대한 강건성을 나타냈다.
• 노이즈는 비선형 스펙트럼에 상당한 영향을 미치지만, 비선형 푸리에 도메인에서의 표적적 균형 보정을 통해 그 영향을 완화할 수 있었다.
• NLFT 도메인 내 균형 보정 기술은 신호 대 잡음비를 크게 향상시키고 전송 거리를 연장하는 데 기여하였다.
• 실리콘 포토닉 통합 칩은 고스펙트럼 효율성과 섬유 비선형성에 대한 내성으로 인해 DWDM 솔리톤 전송을 성공적으로 지원하였다.
• 시스템은 향후 고용량 광망을 위한 컴act하고 통합된 포토닉 플랫폼에서 NLFT 기반 솔리톤 전송의 실현 가능성을 입증하였다.