[论文解读] Wavelength conversion of data at gigabit rates via nonlinear optics in an integrated micro-ring resonator

Alessia Pasquazi, Raja Ahmad+6 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2017

Photonic and Optical Devices参考文献 14被引用 30

一句话总结

该论文展示了在2.5 Gb/s速率下，利用CMOS兼容的高折射率电介质微环谐振器中的四波混频实现全光波长转换，实现了C波段内27.7 nm的转换带宽，平均泵浦功率为22 dBm时系统代价低于0.3 dB，标志着此类器件首次实现系统代价测量。

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.

研究动机与目标

• 在千兆比特数据速率下，展示集成微环谐振器中的全光波长转换。
• 通过实际光通信环境中的系统代价测量，评估系统性能。
• 利用CMOS兼容平台中的非线性四波混频，在C波段实现宽转换带宽。
• 在保持低信号失真和高眼图开放度的同时，优化泵浦功率效率。

提出的方法

• 采用CMOS兼容的高折射率电介质微环谐振器，以限制光场并增强非线性相互作用。
• 以四波混频（FWM）作为核心非线性过程，实现波长转换。
• 在谐振波长处注入平均功率为22 dBm的泵浦光，通过FWM生成闲频信号。
• 利用眼图和比特误码率（BER）分析测量系统代价，量化信号完整性。
• 在C波段内27.7 nm范围内进行实验，评估带宽性能。
• 通过光谱分析和系统代价曲线验证结果，确认信号劣化程度较低。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在集成微环谐振器中以2.5 Gb/s速率实现全光波长转换，且系统代价极低？
• RQ2 在CMOS兼容平台上，利用FWM在C波段可实现的最大转换带宽是多少？
• RQ3 泵浦功率水平如何影响波长转换过程中的系统代价和信号质量？
• RQ4 系统能否在千兆比特数据速率下保持低误码率和高眼图开放度？
• RQ5 在紧凑的集成非线性器件中，转换带宽与系统代价之间存在何种权衡？

主要发现

• 通过高折射率电介质微环谐振器中的四波混频，系统在C波段实现了27.7 nm的波长转换带宽。
• 在整个转换带宽范围内，系统代价低于0.3 dB，表明信号再生接近无损耗。
• 实验在平均泵浦功率22 dBm下完成，证明了在紧凑平台中高效非线性相互作用的可行性。
• 该结果是全光波长转换在集成微环谐振器中首次实现的系统代价测量。
• 该器件在2.5 Gb/s速率下运行，信号失真极小，证实其适用于高速光通信系统。