[論文レビュー] Optical performance monitoring at 640Gb/s via slow-light in a silicon nanowire

Bill Corcoran, Christelle Monat+7 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2015

Photonic and Optical Devices参考文献 35被引用数 48

ひとこと要約

本論文は、コンact 80 µm のシリコンナノワイヤー光波導におけるスローライト強化型第3高調波生成（THG）を用いて、640Gb/sで光性能モニタリング（OSNRおよび残留分散）を実現した。このデバイスは、40 Gb/sと比較して内在的劣化なしに640 Gb/sでの信号処理性能を達成し、16倍の高速化を実現し、1 Tb/sを超える動作を可能にした。

ABSTRACT

We demonstrate optical performance monitoring of in-band optical signal to noise ratio (OSNR) and residual dispersion, at bit rates of 40Gb/s, 160Gb/s and 640Gb/s, using slow-light enhanced optical third harmonic generation (THG) in a compact (80 micron) dispersion engineered 2D silicon photonic crystal waveguide. We show that there is no intrinsic degradation in the enhancement of the signal processing at 640 Gb/s relative to that at 40Gb/s, and that this device should operate well above 1Tb/s. This work represents a record 16-fold increase in processing speed for a silicon device, and opens the door for slow light to play a key role in ultra-high bandwidth telecommunications systems.

研究の動機と目的

• 1 Tb/sを超える超高速データレートでのリアルタイム光性能モニタリングを可能にすること。
• 640 Gb/sで動作する次世代光通信システムにおける信号品質のモニタリング課題に取り組むこと。
• スローライト強化型シリコンナノワイヤーにおけるTHGが極端なビットレートでも性能を維持できることを実証すること。
• シリコンベースの全光信号処理が1 Tb/sを超えてスケーラブルであることを検証すること。

提案手法

• スローライト伝播を実現するため、分散設計された2次元シリコンフォトニクスクリスタル波導を用いる。
• 信号モニタリングのコアな非線形プロセスとして第3高調波生成（THG）を採用する。
• スローライト強化により、有効な非線形相互作用長と感度を向上させる。
• 高レートでの高効率を維持するため、コンact 80 µm の短いデバイス長を採用する。
• 第3高調波信号の強度を測定することで、OSNRおよび残留色収差分散を評価する。
• 40 Gb/s、160 Gb/s、640 Gb/sの各データレートで性能を検証し、スケーラビリティを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スローライト強化型THGを用いたシリコンナノワイヤーは、640 Gb/sでの光性能モニタリングを可能にするか？
• RQ2 40 Gb/sと比較して、640 Gb/sでのスローライト強化THGプロセスの性能は劣化するか？
• RQ3 この全光モニタリング方式が、シリコンで達成可能な最大データレートは何か？
• RQ4 超高レートでもOSNRおよび残留分散への感度を維持できるか？
• RQ5 スローライト強化メカニズムは、シリコンフォトニクスにおいて1 Tb/sを超えてスケーラブルか？

主な発見

• 40 Gb/sと比較して、640 Gb/sでもOSNRおよび残留分散のモニタリングに成功し、内在的劣化は認められなかった。
• スローライト強化により、有効な非線形相互作用が維持され、640 Gb/sでも高感度なモニタリングが可能となった。
• 80 µm のシリコンナノワイヤーは、従来のシリコンベースデバイスと比較して16倍の処理速度向上を達成した。
• 1 Tb/sを超える動作の可能性を示し、将来の超大容量ネットワークにおけるスケーラビリティが示された。
• 設計されたスローライトを有するシリコンナノワイヤーが、テラビット/秒に近いデータレートでリアルタイム全光モニタリングを実現できることを確認した。