[论文解读] A Figure of Merit Based Transmitter Link Penalty Calculation for CMOS-Compatible Plasma-Dispersion Electro-Optic Mach-Zehnder Modulators

D. M. Gill, W. M. J. Green+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2012

Photonic and Optical Devices参考文献 10被引用 11

一句话总结

本文提出一种基于品质因数（FOM）的方法，用于计算CMOS兼容等离子体色散马赫-曾德尔调制器（MZM）的发射端链路代价，采用消光比（ER）、FOM和峰峰值电压（Vpp）作为参数。结果表明，当FOM为17.8 V-cm、驱动电压为1 Vpp时，ER在3.5至10 dB范围内变化，链路余量几乎保持不变（差异小于0.5 dB），证明FOM能有效预测系统性能，且在该范围内不受ER变化影响。

ABSTRACT

We derive equations that quantify silicon Mach-Zehnder Interferometer (MZI) modulator impact upon optical link budget for NRZ transmissions based solely upon modulator extinction ratio (ER), the efficiency-loss figure of merit (FOM), and peak-to-peak drive voltage (Vpp). Our modulator link penalty equations transform the modulator efficiency-loss FOM from a simple device quality metric into a means of predicting how design and technology choices impact system margin. Our results indicate that, with a 17.8 V-cm FOM and 1 Vpp drive, designing an MZI to have an ER anywhere within the large range from 3.5-10 dB leads to nearly constant link margins, identical to within 0.5 dB.

研究动机与目标

• 量化硅基马赫-曾德尔调制器对NRZ传输系统链路预算的影响。
• 建立调制器效率损失品质因数（FOM）与系统级性能余量之间的直接关联。
• 使系统设计者能够仅通过三个关键参数（ER、FOM和Vpp）预测链路代价。
• 证明FOM可作为宽范围消光比下系统余量的稳健预测指标。

提出的方法

• 推导出将调制器消光比（ER）、品质因数（FOM）和峰峰值驱动电压（Vpp）与发射端链路代价关联的解析方程。
• 将FOM用作器件效率损失的代理变量，将其从器件级指标转化为系统级性能预测工具。
• 应用推导出的方程，建模NRZ调制格式下的链路余量退化情况。
• 通过在3.5–10 dB ER范围内，使用17.8 V-cm FOM和1 Vpp驱动电压对模型进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 CMOS兼容等离子体色散MZI调制器的品质因数（FOM）如何影响系统级链路余量？
• RQ2 当FOM和Vpp保持不变时，消光比（ER）的变化在多大程度上影响链路代价？
• RQ3 FOM是否可作为无需详细器件仿真即可可靠预测发射端链路代价的工具？
• RQ4 当FOM和Vpp分别固定在17.8 V-cm和1 Vpp时，链路余量对ER变化的敏感度如何？

主要发现

• 对于17.8 V-cm FOM和1 Vpp驱动电压，链路余量在3.5–10 dB的消光比范围内几乎保持不变。
• 在整个ER范围内，链路余量的最大变化小于0.5 dB，表明对ER变化的敏感度极低。
• 基于FOM的模型仅通过三个可测量参数（ER、FOM和Vpp）即可成功预测系统级性能。
• 结果验证了FOM作为系统级设计权衡的强大工具，实现了器件级性能与系统余量估算之间的解耦。