[论文解读] 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 48

一句话总结

本论文通过在紧凑的80 µm硅纳米线光子晶体波导中利用慢光增强的三次谐波产生（THG），在640 Gb/s速率下实现了光学性能监控（OSNR与剩余色散）。该器件在640 Gb/s速率下实现了与40 Gb/s相比无内在性能退化的信号处理性能，标志着速率提升16倍，并支持超过1 Tb/s的运行。

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.

研究动机与目标

• 实现实时光学性能监控，速率超过1 Tb/s。
• 解决下一代运行于640 Gb/s的光通信系统中信号质量监控的挑战。
• 证明硅纳米线中的慢光增强可维持极端比特速率下的性能。
• 验证硅基全光信号处理在1 Tb/s以上的可扩展性。

提出的方法

• 采用色散工程设计的二维硅光子晶体波导，实现慢光传播。
• 以三次谐波产生（THG）作为核心非线性过程用于信号监控。
• 利用慢光增强以增加有效非线性相互作用长度和灵敏度。
• 采用紧凑的80 µm器件长度，以在高比特速率下保持高效率。
• 通过三次谐波信号的强度测量OSNR与剩余色度色散。
• 在40 Gb/s、160 Gb/s与640 Gb/s三种数据速率下验证性能，以证明可扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在硅纳米线中，慢光增强的THG是否可实现在640 Gb/s速率下的光学性能监控？
• RQ2 与40 Gb/s相比，慢光增强THG过程在640 Gb/s速率下性能是否退化？
• RQ3 该全光监控方案在硅中可实现的最大数据速率是多少？
• RQ4 该器件能否在超高速下保持对OSNR与剩余色散的灵敏度？
• RQ5 硅光子学中的慢光增强机制在1 Tb/s以上是否具备可扩展性？

主要发现

• 该器件在640 Gb/s速率下成功实现OSNR与剩余色散监控，且与40 Gb/s相比无内在性能退化。
• 慢光增强维持了有效的非线性相互作用，使640 Gb/s速率下仍具备高灵敏度监控能力。
• 80 µm长的硅纳米线相较以往硅基器件实现了16倍的处理速率提升。
• 该系统展现出超过1 Tb/s的运行潜力，表明其在未来的超大容量网络中具备可扩展性。
• 结果证实，经工程设计的慢光硅纳米线可支持接近太比特每秒速率的实时全光监控。