MZM変調器による光周波数間引きの仕組み

に基づく光周波数間引きのスキームMZM変調器

光周波数分散によりLiDARとして使用可能光源異なる方向への照射と走査を同時に行うことができ、MUX構造を省略して800G FR4の多波長光源としても使用できます。通常、多波長光源は出力が低いか、適切にパッケージ化されていないため、多くの問題があります。今回紹介したスキームには多くの利点があるので、参考にしてください。その構造図を以下に示します。DFBレーザー光源は時間領域では CW 光、周波数では単一波長です。を通過した後、変調器特定の変調周波数 fRF では側波帯が生成され、側波帯の間隔が変調周波数 fRF になります。図 b に示すように、変調器には長さ 8.2 mm の LNOI 変調器が使用されます。長いハイパワーセクションの後位相変調器、変調周波数も fRF であり、その位相は RF 信号の山または谷と光パルスを相互に関連させる必要があり、その結果、大きなチャープが発生し、より多くの光歯が発生します。変調器の DC バイアスと変調深度は、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、ライトフィールド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。
出力光フィールドは、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 光パワーに関係していることがわかります。 MZM変調器を通過する光の強度をシミュレートすることで、PM位相変調器、FFT を行うと、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た、光周波数の平坦性と変調器の DC バイアスおよび変調深度の間の直接的な関係を示しています。

次の図は、MZM バイアス DC 0.6π、変調深度 0.4π でシミュレートされたスペクトル図を示しています。これは、その平坦性が <5dB であることを示しています。

以下は MZM 変調器のパッケージ図です。LN 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1.2μmです。上部クラッド SIO2 の厚さは 2um です。

以下は、光学的にまばらな歯が 13 個あり、平坦度が 2.4dB 未満であるテスト済みの OFC のスペクトルです。変調周波数は 5GHz で、MZM と PM の RF 電力負荷はそれぞれ 11.24dBm と 24.96dBm です。 PM-RFパワーをさらに高めることで光周波数分散励起の歯数を増やすことができ、変調周波数を高めることで光周波数分散間隔を広げることができます。写真
上記は LNOI スキームに基づいており、以下は IIIV スキームに基づいています。構造図は次のとおりです。チップには、DBR レーザー、MZM 変調器、PM 位相変調器、SOA、および SSC が統合されています。 1チップで高性能な光周波数の薄型化を実現します。

DBR レーザーの SMSR は 35dB、線幅は 38MHz、同調範囲は 9nm です。

MZM 変調器は、長さ 1mm、帯域幅わずか 7GHz@3dB の側波帯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、-8B バイアスで最大 20dB の光損失

SOAの長さは500μmで、変調光学差分損失を補償するために使用され、スペクトル帯域幅は62nm@3dB@90mAです。出力に統合された SSC により、チップの結合効率が向上します (結合効率は 5dB)。最終的な出力電力は約 -7dBm です。

光周波数分散を生成するために、使用される RF 変調周波数は 2.6 GHz、電力は 24.7 dBm、位相変調器の Vpi は 5 V です。下の図は、10dB で 17 個の疎光性歯と 30dB を超える SNSR を備えた結果の疎光性スペクトルです。

この方式は5Gマイクロ波伝送を対象としており、次の図は光検出器で検出したスペクトル成分で、10倍の周波数で26G信号を生成することができます。ここには記載されていません。

要約すると、この方法で生成される光周波数は、安定した周波数間隔、低位相ノイズ、高出力、容易な集積化を備えていますが、いくつかの問題もあります。 PM にロードされる RF 信号は大電力と比較的大きな消費電力を必要とし、周波数間隔は変調速度によって最大 50 GHz までに制限され、FR8 システムではより大きな波長間隔 (通常 > 10nm) が必要になります。使用が限定されており、電力の平坦性はまだ十分ではありません。