[논문 리뷰] Wavelength conversion of data at gigabit rates via nonlinear optics in an integrated micro-ring resonator

Alessia Pasquazi, Raja Ahmad외 6명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 02.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 14인용 수 30

한 줄 요약

이 논문은 CMOS 호환성 있는 고절충율 유전체 마이크로링 공진기에서 4파형 혼합을 이용하여 2.5 Gb/s에서 전적으로 광학적인 파장 변환을 구현함으로써, C 밴드에서 27.7 nm의 변환 대역폭을 달성하였으며, 평균 펌프 전력 22 dBm에서 0.3 dB 이하의 시스템 펜alty를 기록하여, 이러한 장치에 대한 최초의 시스템 펜alty 측정을 마무리한다.

ABSTRACT

We present the first system penalty measurements for all-optical wavelength conversion in an integrated ring resonator. We achieve wavelength conversion over a range of 27.7nm in the C-band at 2.5 Gb/s by exploiting four wave mixing in a CMOS compatible, high index glass ring resonator at ~22 dBm average pump power, obtaining < 0.3 dB system penalty.

연구 동기 및 목표

• 기가비트 데이터 속도에서 통합 마이크로링 공진기에서 전적으로 광학적인 파장 변환을 구현하는 것.
• 실제 광통신 환경에서의 시스템 성능을 시스템 펜alty 측정을 통해 평가하는 것.
• CMOS 호환 플랫폼에서 비선형 4파형 혼합을 이용하여 C 밴드에서 넓은 변환 대역폭을 달성하는 것.
• 낮은 신호 왜곡과 높은 아이 염도 펜alty를 유지하면서도 펌프 전력 효율을 최적화하는 것.

제안 방법

• 빛을 갇히고 비선형 상호작용을 강화하기 위해 CMOS 호환성 있는 고절충율 유전체 마이크로링 공진기를 사용하였다.
• 파장 변환의 핵심 비선형 과정으로 4파형 혼합(FWM)을 활용하였다.
• 공진 파장에서 평균 펌프 전력 22 dBm을 주입하여 FWM를 통해 아이들러 신호를 생성하였다.
• 신호 무결성을 측정하기 위해 눈도형과 비트 오류율(BER) 분 析를 사용하여 시스템 펜alty를 측정하였다.
• 변환 대역폭 성능 평가를 위해 C 밴드의 27.7 nm 범위에서 실험을 수행하였다.
• 저감된 품질 저하를 확인하기 위해 광스펙트럼 분석 및 시스템 펜alty 곡선을 사용하여 결과를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최소한의 시스템 펜alty로 통합 마이크로링 공진기에서 2.5 Gb/s에서 전적으로 광학적인 파장 변환을 달성할 수 있는가?
• RQ2 CMOS 호환 플랫폼에서 FWM를 이용하여 C 밴드에서 얻을 수 있는 최대 변환 대역폭은 얼마인가?
• RQ3 펌프 전력 수준이 파장 변환 과정에서 시스템 펜alty와 신호 품질에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ4 기가비트 데이터 속도에서 시스템은 낮은 비트 오류율과 높은 눈도형을 유지할 수 있는가?
• RQ5 작고 통합된 비선형 장치에서 변환 대역폭과 시스템 펜alty 사이의 상충 관계는 어떠한가?

주요 결과

• 고절충율 유전체 마이크로링 공진기를 이용한 4파형 혼합을 통해 C 밴드에서 27.7 nm의 파장 변환 대역폭을 달성하였다.
• 변환 대역폭 전역에서 0.3 dB 이하의 시스템 펜alty가 측정되어 거의 손실이 없는 신호 재생을 나타낸다.
• 실험은 평균 펌프 전력 22 dBm에서 수행되어 소형 플랫폼에서 효율적인 비선형 상호작용을 입증하였다.
• 이 결과는 통합 마이크로링 공진기에서 전적으로 광학적인 파장 변환에 대한 최초의 시스템 펜alty 측정을 나타낸다.
• 장치는 2.5 Gb/s에서 낮은 신호 왜곡을 유지하며 고속 광통신 시스템에 적합함을 확인하였다.