[논문 리뷰] Silicon Photonics DWDM NLFT Soliton Transmitter Implementation and Link Budget Assessment

Alvaro Moscoso‐Mártir, Jonas Koch외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 15.

Optical Network Technologies참고 문헌 8인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 고용량 광통신을 위한 파장분할 multiplexed (DWDM) 비선형 푸리에 변환 (NLFT) 솔리톤 변조를 구현한 실리콘 포토닉스 송신기를 제시한다. 서로 다른 주파수 및 시간 간격을 가진 네 개의 솔리톤을 활용함으로써, 100 km 거리에서 22.5 dB의 링크 예산을 달성하는 견고한 전송 성능을 확보하였으며, 향후 온오퍼티컬 네트워크를 위한 통합 실리콘 플랫폼에서 NLFT의 실현 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

We analyze the implementation and capabilities of a silicon photonics transmitter capable of modulating and multiplexing groups of four solitons with different frequency and time spacing based on the nonlinear Fourier transform.

연구 동기 및 목표

• 고용량 스펙트럼 효율을 위해 비선형 푸리에 변환(NLFT)을 사용하여 다수의 솔리톤을 다중화 및 변조할 수 있는 실리콘 포토닉스 송신기를 개발하기 위해.
• 실제 링크 조건 하에서 실리콘 포토닉스 플랫폼에서 DWDM NLFT 솔리톤 전송 성능을 평가하기 위해.
• CMOS 호환 통합 시스템에서 NLFT 기반 솔리톤 전송에 대해 확보 가능한 링크 예산을 평가하기 위해.
• 차세대 광인터커넥트를 위한 실리콘 포토닉스에서 고급 비선형 변조 형식의 구현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 송신기는 주파수 및 시간 간격이 제어된 네 개의 솔리톤을 생성하고 다중화하기 위해 실리콘 포토닉스 통합회로(PIC)를 사용한다.
• 비선형 푸리에 변환(NLFT)은 데이터 심볼을 솔리톤의 스펙트럼 파rameter로 매핑함으로써 비선형 신호 처리를 가능하게 한다.
• 파장분할다중화(DWDM)는 다수의 NLFT 변조 솔리톤 채널을 하나의 광섬유 링크에 통합하기 위해 사용된다.
• 시스템은 표준 분산 및 비선형성을 가진 100 km 단일모드 광섬유 링크에서 실험적으로 검증되었다.
• 비트 오류율(BER) 제약 조건 하에서 최대 레이저 출력 전력과 수신기 감도를 측정함으로써 링크 예산을 평가하였다.
• 다중화된 채널 전반에 걸쳐 솔리톤 파rameter를 안정화하기 위해 온칩 위상 및 진폭 제어를 구현하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실리콘 포토닉스 통합 송신기가 주파수 및 시간 간격이 다른 다수의 NLFT 변조 솔리톤을 신뢰성 있게 생성하고 다중화할 수 있는가?
• RQ2 실리콘 포토닉스 플랫폼에서 DWDM NLFT 솔리톤 전송에 대해 확보 가능한 최대 링크 예산은 얼마인가?
• RQ3 100 km 광섬유 링크에서 레이저 출력 및 채널 간격에 따라 시스템 성능는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 CMOS 호환 통합 시스템에서 NLFT 기반 변조는 광섬유 비선형 잡음에 얼마나 효과적으로 대응하는가?

주요 결과

• 실리콘 포토닉스 송신기는 주파수 및 시간 간격이 제어된 네 개의 NLFT 변조 솔리톤을 성공적으로 생성하고 다중화하였다.
• 시스템은 100 km 단일모드 광섬유 링크에서 22.5 dB의 링크 예산을 확보하여 견고한 전송 성능을 입증하였다.
• 솔리톤의 비선형 용량을 활용함으로써, 채널당 약 4.5 b/s/Hz의 스펙트럼 효율을 지원하였다.
• 실측 결과, 전통적인 선형 변조 형식보다 섬유 비선형성 및 분산에 대한 시스템 내성은 훨씬 높았다.
• 온칩 통합은 낮은 전력 소모로 안정적인 솔리톤 작동을 가능하게 하여, 데이터 센터 및 고속 인터커넥트 응용 분야에 적합하다.