200Gb/s高速ゲート実験研究の最新状況

200-Gb/s DISC波長変換
パターン依存雑音
抑制法1) ホールディング光(cw光)抑制法2)波長フィルターシフト
抑制法3)非線形偏光回転の利用

電気通信大学電子工学専攻
上野研究室
坂口 淳

木村･一色・上野研合同セミナー(2008/4/4)
1

DISCゲートの超高速動作
超高速動作のどこが難しいか？
信号立ち上がり速度・・・数100fs可能、OK
SOA内キャリア量の回復時間・・・基本値 30p~数100ps
信号間隔(5 ps)に比べはるかに遅い！
信号が入る毎にSOA内キャリア量異なる（前の信号パターン依存）[×10 ] 4
17

Carrier density (1/cm -3)

信号立下り速度・・・同程度(遅延干渉法)、OK

32100100200Time (ps)

出力信号強度が信号毎に異なるどう克服するか？
1)回復時間を無理やり短縮
2)ゲート構成の工夫で補償

Intensity (a.u.)

パターン依存雑音発生

32100100Time (ps)2002

200-Gb/s DISC波長変換
入力信号波形スペクトル

波形計測システム
1558 nm

パワーメータ

200Gb/s、4992ビットデータ(パターン繰り返し40 MHz)
40MHzの高速パルスでサンプリング(和周波発生)

パワーメータ

出力信号波形

パワーメータDISC ゲート

スペクトル
1540 nm(例) 注入電流200 mA,
cw-5.3 dBm
Pulse 3.3 fJ

データパターン依存強度雑音が課題

3

抑制法1) ホールディング光(cw光)高強度cw光(ホールディング光)注入[×10 ] 8.0

npulse (cm-3)

17SOA
キャリア緩和時間 (τeff) 短縮

pulse injection

6.0 no HB-5 dBm

τeff = 36 ps
25 ps+5 dBm11 ps

HB -15 dBm

4.0
2.00+150+15 dBm+25 dBm

17 ps

デメリット
キャリア蓄積量、変調量減少→電力消費増大
高強度連続光→電力消費6 ps
3 ps+200+250+300

Time (ps)4抑制法1) ホールディング光(cw光)注入電流300 mA, pulse 7.7 fJ (chip)

0.1

0-60-40-20Time (ps)0+200.2

cw +3.8dBm(chip)
SFG Intensity (a.u.)

SFG Intensity (a.u.)

0.2

0.1

0-60-40-20
Time (ps)パターン依存性(最大パルス/最小)
1000

Pattern-dependence

SFG Intensity (a.u.)

cw -10.1dBm(chip)
時間波形
0.3

300
100

Injection current Iop
300 mA
200 mA
control pulse energy
7.7 fJ (chip)

0+200.1

cw +11.2dBm(chip)
最良 (2.7)

0.08
0.06
0.04
0.02
0-60-40-20Time (ps)0+20

パターン雑音抑制には強いホールディング光強度と高い注入電流が必要
300mA(580 mW)以上・・・

301031-15 -10 -5 0 +5 +10 +15cw-light power into chip (dBm)5抑制法2) 波長フィルターシフトについて

ここの波長をλ2からずらす(短波長)パターン雑音抑制

想定メカニズム
シフト無し

短波長シフトあり

DISC出力波形フィルターの透過率t
長波長

波長チャープ

チャープ量に応じて透過率下げる

t
DISC出力波形強度変動を補償
6

BPF 短波長側シフトの効果(200 G)
BPF 幅 9.2 nm

0.06
0.04
0.02
0-200+20Time (ps)0.04

最良 (1.6)

0.03
0.02
0.01
0-20+20Time (ps)+400.01
0-20+60-30-30-40-40-40Intensity (dBm)

0-80-80-80-50-50-90
1530

1535

1540

1545

Wavelength (nm)1550

-901530+20Time (ps)+40+60

1535

1540

1545

1550

-60-70-700-50-60-60

歪み発生

0.02

Intensity (dBm)+600.03

Intensity (dBm)

スペクトル -30+400.04

SFG Intensity (a.u.)

基準 (2.7)

0.08

detuning –6.6 nm

detuning -4.7 nm
SFG Intensity (a.u.)

SFG Intensity (a.u.)

時間波形 0.1 no detuning(-0.2 nm)

-70

1535

1540

1545

Wavelength (nm)1550

-901530

Wavelength (nm)7BPF 長波長側シフトの効果(200 G)

detuning+2.6 nm
0.1SFG Intensity (a.u.)

歪み発生

0.06
0.04
0.02
0-200+20Time (ps)+400.08

歪み発生

0.06
0.04
0.020-20+60

0+20Time (ps)+40+600.08
0.06
0.04
0.02
0-20-30-40-40-40-70

Intensity (dBm)-30
Intensity (dBm)-30
Intensity (dBm)

SFG Intensity (a.u.)

0.08

detuning +4.2 nm

0.1

SFG Intensity (a.u.)

detuning +0.7 nm

0.1-80-80-80-50-90
1530

1535

1540

1545

Wavelength (nm)

1550

-90
1530

+40+60

1540

1545

1550

-60-60-70+20Time (ps)-50-50-600-7015351540

1545

Wavelength (nm)1550

-901530

1535

Wavelength (nm)8BPF波長シフトによる抑制効果の評価
平均出力強度

Pattern dependence

30cw-input power into chip
+3.8 dBm+11.2 dBm
10Best31-10-50+5+10

Detuning of the BPFs from cw wavelength (nm)Average output power (dBm)

パターン依存性-10 cw-input power into chip
+3.8 dBm+11.2 dBm
-15-20-25-30-10-50+5+10

Detuning of the BPFs from cw wavelength (nm)フィルター透過帯のおよそ端まで短波長シフトさせると有効、今回最高1.6
ホールディング光弱くてもかなり抑制(2.2)
エネルギー削減
調整がよければ強度はさほど落ちない(1.6 dB)
9調整が悪いと強度低下、波形歪み

抑制法3)非線形偏光回転の利用
非線形偏光回転(NPR)
SOA 利得・・・偏波無依存設計
非線形位相シフト・・・偏波依存入射cw光のTE成分とTM成分が偏波方位回転異なる位相変調受ける
cw 光

パルス

SOA

DISCで活用するメカニズム
位相シフト ∆Φcw光偏光方位利得位相シフト差 δ∆Φ
(無回転)

制御光

(パターン雑音助長)
利得 G(パターン雑音抑制)
10
偏光子の透過率非線形偏光回転による抑制効果の発見
DISC

SOA

cw+制御光Q1 , H 1

観測

P1, C, Q2, P2 , BPF

この部分の偏光以外何も変えない

0.1

パターン依存性
6.7

SFG Intensity (a.u.)

SFG Intensity (a.u.)

0.15

0.05

0-500Time (ps)+50

SOA input: TE+30o,
Q1 & H1 : cwをP1 に合わせる

SOA input: TE+30o,
Q1 & H1 : cwをP1 からずらす

0.150.150.1

SFG Intensity (a.u.)

SOA input: TE, (NPRなし)
Q1 & H1 : cwをP1 に合わせる

パターン依存性
10.80.05

0-500Time (ps)+500.1

パターン依存性
3.20.05

0200 Gb/s領域でNPRの有用性を証明
パターン効果抑制に使用できる-500Time (ps)

+5011

まとめ

長ビットパターン(~5000)、200 Gb/sでのDISC出力波形観測、
パターン依存強度雑音の抑制条件を具体的評価
BPF短波長側シフトの有効性を200 GHz領域で明らかにした
非線形偏光回転(NPR)を用いた新しい抑制法を発見、提唱
動作条件、消費電力の緩和 へ
商用の超高速波長変換器

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