[논문 리뷰] Silicon ring resonator based wavelength conversion via FWM at 10 Gb/s for differential phase-shift keyed signals

F Li, Mark Pelusi외 5명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 13.

Optical Network Technologies참고 문헌 20인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 실리콘 링 공진기를 이용한 4파면 혼합(FWM)을 통해 10 Gb/s 차등 위상이동 키(Keyed) 신호(DPSK)의 전적으로 광학적 파장 변환을 구현한다. 10⁻⁹ 비트 오류 비율(BER)에서 약 4.1 dB의 시스템 페널티를 동반한 오류 없는 전송을 달성하며, 고속, 저페널티 전적으로 광학적 신호 처리 기술이 실리콘 포토닉스에서 광통신 시스템에 적용 가능함을 입증한다.

ABSTRACT

We demonstrate all-optical wavelength conversion at 10 Gb/s for differential phase-shift keyed (DPSK) data signals in the C-band, based on four-wave mixing (FWM) in a silicon ring resonator. Error-free operation with a system penalty of ~ 4.1 dB at 10-9 BER is achieved.

연구 동기 및 목표

• 차세대 광통신 시스템을 위한 고속 전적으로 광학적 파장 변환을 가능하게 하기 위해.
• 통합 포토닉 회로에서 저페널티, 에너지 효율적인 신호 라우팅의 필요성을 해결하기 위해.
• 10 Gb/s에서 DPSK 변조 형식을 위한 FWM 기반 파장 변환에 실리콘 링 공진기를 사용할 수 있는 가능성을 입증하기 위해.
• 작고, 칩 내 통합된 플랫폼에서 최소한의 시스템 페널티로 오류 없는 작동을 달성하기 위해.

제안 방법

• 실리콘 링 공진기를 이용한 4파면 혼합(FWM)을 통해 전적으로 광학적 파장 변환을 달성한다.
• 고 Q 인 실리콘 링 공진기에서 비선형 FWM를 유도하기 위해 연속파(CW) 펌프 레이저를 사용한다.
• 입력 신호로 10 Gb/s 차등 위상이동 키(Keyed) 신호(DPSK)를 사용하며, FWM를 통해 출력 신호의 파장이 이동된다.
• 실리콘 링 공진기가 가지는 높은 비선형성과 강한 광학적 구속력을 활용하여 FWM 효율을 향상시킨다.
• 변환 후 비트 오류 비율(BER)과 시스템 페널티를 측정하기 위해 결정 회로를 갖춘 수신기를 사용한다.
• 장치 기하학적 구조와 펌프 파워를 최적화하여 변환 효율을 극대화하고 신호 왜곡을 최소화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실리콘 링 공진기에서 FWM가 10 Gb/s DPSK 신호의 오류 없는 파장 변환을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 10 Gb/s에서 실리콘에서 DPSK 신호에 대해 FWM 기반 파장 변환을 수행할 경우 발생하는 시스템 페널티는 얼마인가?
• RQ3 BER 및 전력 효율성 측면에서 실리콘 링 공진기의 성능은 다른 전적으로 광학적 파장 변환기와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 이 FWM 기반 접근법을 통해 실리콘 포토닉스 플랫폼에서 DPSK 신호의 최대 구현 가능한 데이터 전송 속도는 얼마인가?

주요 결과

• 실리콘 링 공진기를 이용한 FWM를 통해 10 Gb/s DPSK 신호에서 오류 없는 작동이 달성된다.
• 비트 오류 비율 10⁻⁹에서 시스템 페널티가 약 4.1 dB로 측정된다.
• 실리콘 링 공진기의 고 Q 인자와 강한 광학적 구속으로 인해 높은 효율의 파장 변환이 가능하다.
• 이러한 방법은 고속, 저지연 전적으로 광학적 신호 처리를 가능하게 하여 통합 포토닉 네트워크에 적합하다.
• 결과적으로 실리콘 링 공진기가 C 대역 광통신에서 전적으로 광학적 파장 변환 플랫폼으로서의 실현 가능성을 확인한다.