Wetenschap
Onderzoekers demonstreren verliesarme en polarisatie-onafhankelijke geïntegreerde optische kleurloze ROADM
De implementatie van geïntegreerde optische schakelaars is veelbelovend in de verkleining van ROADM's voor grotere flexibiliteit en compactheid, wat uiteindelijk leidt tot robuuste oplossingen met één chip. Ondanks decennia van onderzoek naar schakelaars met verschillende structuren en platforms blijft het bereiken van een evenwicht tussen dichte integratie, laag invoegverlies (IL) en polarisatie-afhankelijk verlies (PDL) een aanzienlijke uitdaging.
In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications heeft een team onder leiding van professor Sai Tak Chu van de afdeling natuurkunde, City University of Hong Kong, Hong Kong, China, en Dr. Brent E. Little van QXP Technologies Inc., Xi'an, China, samen met hun medewerkers, demonstreerde een verliesarme en polarisatie-onafhankelijke geïntegreerde optische kleurloze ROADM.
De 32 x 4 optische schakelaar is ontworpen om elk van de 32 ingangen naar de express-poorten te leiden of om kanalen van de 32 ingangen naar de 4 doel-drop-poorten te laten vallen of om een van de 4 poorten toe te voegen aan een van de 32 express-kanalen.
Bij 1550 nm is het vezel-tot-vezelverlies voor elk expresskanaal minder dan 2 dB en over de C- en L-banden minder dan 3 dB. Voor elk ingangskanaal voor alle vier drop/add-kanalen bij 1550 nm is het verlies minder dan 3,5 dB en minder dan 5 dB over de C- en L-banden. De PDL's voor alle express- en ingangskanalen naar de 4 drop/add-kanalen liggen onder de 0,3 dB over de C-band, en de overspraak is minder dan -50 dB voor zowel de C- als de L-band.
De ROADM is gebaseerd op het hoge-index gedoteerde silicaglas (HDSG)-platform van QXP Technologies Inc., met een instelbaar golfgeleiderindexcontrast van 10% tot 20%, wat lager is dan de Si- en SiN-golfgeleiders maar hoger dan de lage indexcontrast silica-golfgeleiders. Het zorgt voor een evenwicht tussen vezelkoppelingsverlies, voortplantingsverlies en PDL, terwijl de hoge integratiedichtheid behouden blijft.
Met de hulp van monolithisch geïntegreerde spot-size converters is het koppelingsverlies van standaard single-mode-fiber (SMF) met modusvelddiameter van 10,4 mm naar golfgeleiders met 2 mm bij 2 mm modusvelden lager dan 0,4 dB/facet, en PDL ligt onder 0,07 dB over de C- en L-banden. Deze kenmerken van laag verlies en lage PDL maken het platform veelbelovend voor de integratie van schakelapparaten.
De schakelaar bestaat uit 188 schakelelementen van het type MZI. De gemeten glasvezelverliezen op express- en drop-kanalen van het volledig optische en elektronische verpakte apparaat liggen respectievelijk binnen 3 dB en minder dan 5 dB voor 32 kanalen binnen de C- en L-banden. De PDL van het apparaat ligt lager dan 0,3 dB in de C-band. Er zijn ook tweeëndertig variabele optische verzwakkers (VOA's) ingebouwd, en de PDL is lager dan 1 dB binnen de C-band bij een VOA-verzwakking van 10 dB.
De onderzoekers vatten het ontwerpprincipe van hun ROADM samen:
"De schakelmatrix bestaat ook uit in totaal 618 golfgeleider-golfgeleider-kruisingen die kunnen bijdragen aan zowel de IL als de overspraak. Om de hoeveelheid verlies en overspraak die door de kruisingen wordt geïntroduceerd te beperken, zijn de golfgeleiders verdeeld over twee verticale lagen zodat de golfgeleiders elkaar oversteken.
"Met deze aanpak kunnen we de overspraak terugbrengen tot minder dan -50 dB voor de express-kanalen voor de express-kanalen en -40 dB voor de add/drop-kanalen."
Ze voegden eraan toe:"Om het driedimensionale ontwerp mogelijk te maken, omvat het ontwerp ook nog eens 88 optische via's en 44 optische bruggen om de golfgeleiders tussen de lagen te verbinden.
"Optische schakelaar is een fundamenteel element van optische circuits. De gepresenteerde schakelaar met laag verlies en polarisatie-onafhankelijke kan de ontwikkeling van programmeerbare fotonische geïntegreerde schakelingen ten goede komen in toepassingen zoals optische neurale netwerken en geïntegreerde kwantumfotonica."