MZM変調器に基づく光周波数間引き方式

光周波数間引きの方式は、MZM変調器

光周波数分散はライダーとして利用できる光源同時に異なる方向に照射・走査することができ、800G FR4の多波長光源としても使用できるため、MUX構造は不要です。通常、多波長光源は低出力か、パッケージングが不十分で、多くの問題を抱えています。今回紹介する方式は多くの利点があり、参考になります。その構造図を以下に示します。高出力DFBレーザー光源は時間領域ではCW光、周波数領域では単一波長です。変調器特定の変調周波数fRFで側波帯が生成され、その側波帯間隔が変調周波数fRFとなる。変調器には、図bに示すように、長さ8.2mmのLNOI変調器を使用する。高出力の長い区間の後、位相変調器変調周波数もfRFであり、その位相はRF信号と光パルスの山または谷を互いに相対的に一致させる必要があるため、大きなチャープが生じ、結果として光波の歯が多くなります。変調器のDCバイアスと変調度は、光周波数分散の平坦性に影響を与える可能性があります。

数学的には、光場が変調器によって変調された後の信号は次のようになります。
出力光場は周波数間隔wrfの光周波数分散であり、光周波数分散歯の強度はDFB光パワーと関係していることがわかります。MZM変調器を通過する光強度をシミュレーションすると、PM位相変調器、FFTにより光周波数分散スペクトルが得られます。次の図は、このシミュレーションに基づいて、光周波数平坦性と変調器のDCバイアスおよび変調度との直接的な関係を示しています。

次の図は、MZM バイアス DC が 0.6π、変調度が 0.4π の場合のシミュレーション スペクトル図を示しており、平坦性が 5dB 未満であることがわかります。

以下はMZM変調器のパッケージ図です。LN層の厚さは500nm、エッチング深さは260nm、導波路幅は1.5umです。金電極の厚さは1.2um、上部クラッドSIO2の厚さは2umです。

以下は、試験したOFCのスペクトルです。光学的に疎な歯は13本で、平坦度は2.4dB未満です。変調周波数は5GHz、MZMとPMのRF電力負荷はそれぞれ11.24dBmと24.96dBmです。PM-RF電力をさらに増加させることで光周波数分散励起の歯の数を増やすことができ、変調周波数を増加させることで光周波数分散間隔を拡大することができます。
上記はLNOI方式、下記はIIIV方式に基づいています。構造図は以下の通りです。チップにはDBRレーザー、MZM変調器、PM位相変調器、SOA、SSCが統合されており、1チップで高性能な光周波数細線化を実現できます。

DBRレーザーのSMSRは35dB、線幅は38MHz、チューニング範囲は9nmです。

MZM変調器は、長さ1mm、帯域幅7GHz@3dBのサイドバンドを生成するために使用されます。主にインピーダンス不整合によって制限され、光損失は最大20dB@-8Bバイアスとなります。

SOA長は500µmで、変調光差損失を補償するために用いられ、スペクトル帯域幅は62nm@3dB@90mAです。出力に内蔵されたSSCにより、チップの結合効率が向上します（結合効率は5dB）。最終的な出力は約-7dBmです。

光周波数分散を生成するために、RF変調周波数は2.6GHz、出力は24.7dBm、位相変調器のVpiは5Vです。下図は、10dBで17個の光透過歯と30dBを超えるSNSRを持つ結果として得られた光透過スペクトルです。

この方式は5Gマイクロ波伝送を目的としており、下図は光検出器によって検出されたスペクトル成分であり、10倍の周波数で26G信号を生成できます。ここでは明記されていません。

まとめると、この方法で生成される光周波数は、周波数間隔が安定しており、位相雑音が低く、高出力で、統合が容易であるものの、いくつかの問題点も存在します。PMにロードされるRF信号は大きな電力を必要とし、消費電力も比較的大きく、周波数間隔は変調速度によって最大50GHzに制限されるため、FR8システムではより広い波長間隔（通常10nm以上）が必要になります。用途が限定され、パワー平坦性も依然として十分ではありません。