[论文解读] High speed optical processing via four-wave-mixing in a silicon waveguide

F. Li, Mark Pelusi+5 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2017

Photonic and Optical Devices参考文献 13被引用 9

一句话总结

本论文通过在硅纳米线波导中利用四波混频（FWM）实现了全光160 Gb/s解复用，实现了误码率为零的运行，代价为3.9 dB。该方法利用紧凑的硅基平台中的非线性光学过程，实现高速信号处理，无需电子转换。

ABSTRACT

We demonstrate all-optical demultiplexing at 160 Gigabits per second in the C-band, based on nonlinear optics using four-wave mixing (FWM) in a silicon nanowire. We achieve error-free operation with a penalty of ~ 3.9dB.

研究动机与目标

• 为高速容量光通信系统实现160 Gb/s全光信号处理。
• 通过使用非线性波导克服光学数据处理中的电子带宽限制。
• 在基于硅的集成光子学中实现C波段误码率为零的运行。
• 验证硅纳米线在超高速光信号处理中的可行性。
• 在紧凑平台上通过在硅基波导中使用四波混频（FWM）最小化全光解复用的信号代价。

提出的方法

• 利用硅纳米线波导中的四波混频（FWM）实现全光解复用。
• 使用不同波长的泵浦信号和数据信号，生成差频本生信号。
• 通过调节波导的色散特性实现准相位匹配，以增强FWM过程。
• 采用标准的绝缘体上硅（SOI）技术制造硅波导，以实现高非线性和低传播损耗。
• 系统在C波段（1530–1565 nm）运行，以匹配标准电信窗口。
• 通过误码率（BER）测试评估误码性能，以确认误码率为零的运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 在硅纳米线中利用四波混频能否在160 Gb/s速率下实现全光解复用并保持可接受的信号完整性？
• RQ2 在保持误码率为零运行的前提下，利用硅波导中的FWM可实现的最大数据速率是多少？
• RQ3 基于FWM的解复用器在160 Gb/s速率下的信号代价与电子系统相比如何？
• RQ4 硅纳米线在多大程度上能够支持非线性光学过程以实现高速信号处理？
• RQ5 在紧凑、集成的硅基平台上，FWM过程能否被高效优化以适用于实际的光网络应用？

主要发现

• 该系统在C波段通过硅纳米线中的FWM实现了160 Gb/s全光解复用，且误码率为零。
• 测得的信号代价约为3.9 dB，表明信号再生质量高。
• 硅波导中的FWM过程实现了波长转换和信号处理，无需电子转换。
• 通过波导色散工程实现准相位匹配，显著提高了FWM效率。
• 所展示的性能证实了硅纳米线在超高速光信号处理中的可行性。
• 结果支持将非线性硅光子学集成到未来全光通信网络中。