[论文解读] Optical wavelength conversion of high bandwidth phase-encoded signals in a high FOM 50cm CMOS compatible waveguide

Francesco Da Ros, Edson Porto da Silva+7 more|Figshare|Aug 8, 2018

Photonic and Optical Devices参考文献 17被引用 9

一句话总结

本文展示了利用50厘米CMOS兼容的高掺杂指数玻璃波导实现高带宽QAM信号的高效波长转换，包括32GBd QPSK和10GBd 16QAM信号，该波导具有高品质因数（FOM）。系统在10纳米带宽内实现误码率（BER）低于HD-FEC阈值（3.8×10⁻³），OSNR代价小于0.3 dB，得益于超低传播损耗（<0.07 dB/cm）和因材料带隙较大而可忽略的非线性损耗。

ABSTRACT

We demonstrate wavelength conversion of QAM signals including 32GBd QPSK and 10GBd 16QAM in a 50cm long high index doped glass spiral waveguide. The quality of the generated idlers over a 10nm bandwidth is sufficient to achieve a BER performance below the HD FEC threshold (less than 3.8 x 10-3), with an OSNR penalty of less than 0.3 dB compared to the original signal. Our results confirm that this is a promising platform for nonlinear optical signal processing, a result of both very low linear propagation loss (less than 0.07 dB/cm) and the large material bandgap that ensures negligible nonlinear loss at telecom wavelengths.

研究动机与目标

• 为下一代光通信中的集成光子平台实现高速、低损耗全光信号处理。
• 解决在紧凑波导中高带宽相位调制信号面临非线性信号失真和传播损耗的挑战。
• 展示符合或超过前向纠错（FEC）阈值的QAM信号波长转换性能指标。
• 验证高FOM、CMOS兼容波导在实际非线性光信号处理应用中的适用性。

提出的方法

• 利用50厘米长、高品质因数（FOM）的高掺杂指数玻璃螺旋波导，以提升非线性效率。
• 采用四波混频（FWM）在电信波段对相位调制的QAM信号进行波长转换。
• 采用双泵配置，在10纳米带宽内生成闲频信号。
• 利用低线性传播损耗（<0.07 dB/cm）和大材料带隙，抑制非线性损耗并保持信号完整性。
• 通过在转换带宽内测量误码率（BER）和OSNR代价，表征信号质量。
• 使用标准HD-FEC阈值（3.8×10⁻³）作为误差容限基准，验证性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CMOS兼容波导中，是否能以极低信号退化实现高带宽QAM信号的高效波长转换？
• RQ2 在高FOM、低损耗波导平台上，波长转换的最大可实现带宽和信号质量是多少？
• RQ3 低传播损耗与大带隙材料的结合如何影响非线性处理性能？
• RQ4 OSNR代价在多大程度上保持在实时通信系统可接受阈值以下？
• RQ5 该波导能否支持高谱效率信号（如32GBd QPSK和10GBd 16QAM）并实现BER低于FEC限制？

主要发现

• 该波导对32GBd QPSK和10GBd 16QAM信号均实现了低于HD-FEC阈值（3.8×10⁻³）的误码率（BER）。
• 在10纳米带宽内，转换信号的OSNR代价低于0.3 dB，表明实现了近乎理想的信号再生。
• 系统表现出超低线性传播损耗（<0.07 dB/cm），对长距离信号完整性至关重要。
• 大材料带隙有效抑制了非线性损耗，使高功率水平下仍能保持信号质量。
• 波导的高FOM使四波混频（FWM）效率高，波长转换中失真极小。
• 结果证实该平台在集成光子学中实现实际、节能全光信号处理的可行性。