[论文解读] Silicon ring resonator based wavelength conversion via FWM at 10 Gb/s for differential phase-shift keyed signals

F Li, Mark Pelusi+5 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2015

Optical Network Technologies参考文献 20被引用 13

一句话总结

本论文通过硅环形谐振腔中的四波混频（FWM）技术，实现了10 Gb/s差分相移键控（DPSK）信号的全光波长转换。在误码率为10⁻⁹时，系统代价约为4.1 dB，实现了无误码传输，展示了硅光子学在光通信系统中实现高速、低代价全光信号处理的潜力。

ABSTRACT

We demonstrate all-optical wavelength conversion at 10 Gb/s for differential phase-shift keyed (DPSK) data signals in the C-band, based on four-wave mixing (FWM) in a silicon ring resonator. Error-free operation with a system penalty of ~ 4.1 dB at 10-9 BER is achieved.

研究动机与目标

• 为下一代光通信系统实现高速全光波长转换。
• 解决集成光子电路中低代价、高能效信号路由的需求。
• 证明硅环形谐振腔在10 Gb/s速率下对DPSK调制格式基于FWM的波长转换的可行性。
• 在紧凑的片上平台上实现无误码运行，且系统代价最小化。

提出的方法

• 利用硅环形谐振腔中的四波混频（FWM）实现全光波长转换。
• 采用连续波（CW）泵浦激光器，在高品质因子（Q因子）的硅环形谐振腔中激发非线性FWM效应。
• 以10 Gb/s差分相移键控（DPSK）数据信号作为输入，通过FWM实现输出信号波长的转换。
• 利用硅环形谐振腔的高非线性系数和强光场限制特性，提升FWM效率。
• 采用带判决电路的接收机，测量转换后的误码率（BER）和系统代价。
• 优化器件几何结构和泵浦功率，以最大化转换效率并最小化信号失真。

实验结果

研究问题

• RQ1 硅环形谐振腔中的FWM能否实现10 Gb/s DPSK信号的无误码波长转换？
• RQ2 在10 Gb/s速率下，基于FWM的硅波长转换在DPSK信号中引入的系统代价是多少？
• RQ3 与其它全光波长转换器相比，该硅环形谐振腔在误码率（BER）和功率效率方面表现如何？
• RQ4 在硅光子平台中，采用此FWM方法对DPSK信号的最大可实现数据速率是多少？

主要发现

• 通过硅环形谐振腔中的FWM，成功实现了10 Gb/s DPSK信号的无误码运行。
• 在误码率为10⁻⁹时，测得的系统代价约为4.1 dB。
• 由于硅环形谐振腔具有高Q因子和强光场限制，波长转换效率较高。
• 所展示的方法支持高速、低延迟的全光信号处理，适用于集成光子网络。
• 结果证实了硅环形谐振腔作为C波段光通信中全光波长转换平台的可行性。