超小型シリコンフォトニック結晶光変調器の高速化と高度な変調方式への展開

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本年度はメアンダライン電極付きフォトニック結晶導波路 (Si PCW) 光変調器に4値パルス振幅変調 (PAM4) を適用することにより，ビットレートのさらなる向上を試みた．実験に用いたのは，50, 56, 64 Gbpsのオンオフ変調アイパターンが得られた，終端抵抗20 Ωのデバイスである．またパルスパターン発生器と3-bitデジタルアナログ変換器，クロック信号発生器を用いてPAM4信号を生成し，パッシブイコライザで信号生成回路とケーブル伝送で生じる信号品質の劣化を事前補償したのち，RF増幅器で電圧振幅をVpp = 3.5 Vに増幅した．この信号でデバイスを駆動し，非同期式光サンプリングオシロスコープでアイパターンを観測した．その結果，ビットレート56 Gbpsに相当するシンボルレート28 Gbaudで明瞭なアイ開口が得られた．シンボルレートを増加させるとシグナル対ノイズ比が低下したが，100 Gbpsに相当する50 Gbaudでもアイ開口が維持された．PAM4信号の伝送品質はビット誤り率 (BER) で表される．観測された信号の強度ヒストグラムに対して4つのガウス分布でフィッティングをして，各曲線の重なりからBERを推定した．その結果25 Gbaudまでは前方誤り訂正 (FEC) 以下の低いBERが観測された．本実験では周波数応答の事前補償を信号生成回路までにとどめており，デバイスと検出に用いた光サンプリングオシロスコープの周波数応答は補償していない．それらを含めた系全体の応答を補償すれば，より高いシンボルレートでもFEC限界を下回るBERが得られる可能性がある．これらの成果により，ビットレートを大きく改善するPAM4変調のSi PCW光変調器への適用の可能性を示した．