[論文レビュー] High Transmission Bit Rate of A thermal Arrayed Waveguide Grating (AWG) Module in Passive Optical Networks

Abd El Naser A. Mohammed, Ahmed Nabih Zaki Rashed+2 more|ArXiv.org|Jun 20, 2009

Advanced Photonic Communication Systems参考文献 10被引用数 20

ひとこと要約

本稿では、シリコン上にリチウニobate（LiNbO3）/PMMAハイブリッド波guidesを用いた熱的アレイドウェーブガイドグレーティング（AWG）モジュールを提案し、温度調整による波長安定化により、高レート伝送を実現するパassive光ネットワーク（PON）向けのものである。材料および構造的パラメータの最適化により、著者らは最大時間分割多重（MTDM）を介して安定した高速データ伝送を達成し、PONにおけるスペクトル効率およびビットレート性能に顕著な向上を示した。

ABSTRACT

In the present paper, high transmission bit rate of a thermal arrayed waveguide grating (AWG) which is composed of lithium niobate (LiNbO3)/polymethyl metha acrylate (PMMA) hybrid materials on a silicon substrate in Passive Optical Networks (PONs) has parametrically analyzed and investigated over wide range of the affecting parameters. We have theoretically investigated the temperature dependent wavelength shift of the arrayed waveguide grating (AWG) depends on the refractive-indices of the materials and the size of the waveguide. A thermalization of the AWG can be realized by selecting proper values of the material and structural parameters of the device. Moreover, we have analyzed the data transmission bit rate of a thermal AWG in passsive optical networks (PONs) based on Maximum Time Division Multiplexing (MTDM) technique.

研究の動機と目的

• 熱的チューニングを用いたパassive光ネットワーク（PON）向けAWGデバイスにおける波長ドリフトの問題を解決すること。
• 熱的アレイドウェーブガイドグレーティング（AWG）モジュールの統合により、PONにおけるデータ伝送ビットレートを向上させること。
• 材料および構造的パラメータがAWGデバイスにおける温度依存的波長シフトに与える影響を調査すること。
• 最大時間分割多重（MTDM）を用いた熱的AWGの性能を評価し、高スペクトル効率を実現すること。
• シリコンベースの光子プラットフォームにおける安定的で高ビットレート伝送を実現するため、ハイブリッドLiNbO3/PMMA波guidesシステムを最適化すること。

提案手法

• LiNbO3およびPMMA材料の温度依存的屈折率変化を理論的モデリングし、AWGにおける波長シフトを予測する。
• 波guidesの寸法および材料特性のパラメトリック解析により、望ましい熱的チューニング特性を達成する。
• 局所加熱によりAWGの中心波長を制御するための熱的アクチュエータシステムを実装する。
• PONアーキテクチャにおけるデータスルーレートを最大化するため、最大時間分割多重（MTDM）を適用する。
• 温度および構造的条件を変化させた状態でのビットレート性能をシミュレーションし、最適動作点を同定する。
• 屈折率および幾何的パrameterを制御変数として用い、AWGの中心波長を安定化させ、チャネル間隔を改善する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LiNbO3およびPMMAの温度依存的屈折率は、AWGにおける中心波長シフトにどのように影響するか？
• RQ2 どのような材料および構造的パラメータの組み合わせが、AWGの中心波長の効果的熱的チューニングを可能にするか？
• RQ3 MTDM技術は、熱的AWGを搭載したPONにおけるデータ伝送ビットレートをどのように向上させるか？
• RQ4 最適化された熱的および幾何的条件下における熱的AWGモジュールが、最大でどの程度のビットレートを達成できるか？
• RQ5 ハイブリッドLiNbO3/PMMA波guidesシステムは、シリコンベースのPONにおいて、安定性および性能をどの程度向上できるか？

主な発見

• 材料および波guidesの幾何形状の精密な制御により、熱的AWGモジュールは温度変化に起因するドリフトを最小限に抑えて安定した波長動作を実現した。
• パラメトリック解析の結果、LiNbO3およびPMMAにおける屈折率の変化が波長シフトに顕著に影響し、チューナブル動作が可能であることが示された。
• 最適な波guides寸法および材料選定により、低消費電力で効果的な熱的チューニングが実現可能となった。
• MTDMに基づく伝送方式により、高スペクトル効率が達成され、PONにおける高レートデータ伝送が可能となった。
• ハイブリッドLiNbO3/PMMA波guidesシステムは、従来のAWG設計と比較して、より優れた熱的安定性と性能を示した。
• 理論的モデルにより、熱的AWGが次世代パssive光ネットワークに適した高レート伝送をサポートできることを確認した。