MZM変調器に基づく光周波数細分化方式

光周波数細線化のスキームMZM変調器

光周波数分散はLiDARとして使用できる光源異なる方向に同時に発光および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、MUX構造を排除できます。通常、多波長光源は低出力であるか、パッケージングが不十分であるかのいずれかであり、多くの問題があります。本日紹介する方式は多くの利点があり、参考になります。その構造図は次のとおりです。高出力DFBレーザー光源は時間領域ではCW光であり、周波数領域では単一波長である。変調器ある変調周波数fRFで側波帯が生成され、側波帯間隔は変調周波数fRFとなる。変調器は、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の相対的な関係を作らなければならないため、大きなチャープが生じ、結果としてより多くの光歯が発生する。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る。

数学的に言うと、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、光周波数分散の強度はDFB光パワーに関係していることがわかる。MZM変調器を通過する光強度をシミュレーションし、PM位相変調器そしてFFT処理を行うことで、光周波数分散スペクトルが得られます。以下の図は、このシミュレーションに基づいた、光周波数平坦度と変調器のDCバイアスおよび変調深度と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が0.6π、変調深度が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、平坦度が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1.5μmです。金電極の厚さは1.2μm、上部クラッド層であるSiO2の厚さは2μmです。

以下は、試験したOFCのスペクトルであり、光学的に疎な歯が13個あり、平坦度は2.4dB未満である。変調周波数は5GHzで、MZMとPMにおけるRF電力負荷はそれぞれ11.24dBmと24.96dBmである。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広げることができる。
上記はLNOI方式に基づき、以下はIIIV方式に基づいています。構造図は以下のとおりです。このチップは、DBRレーザー、MZM変調器、PM位相変調器、SOA、およびSSCを統合しています。単一チップで高性能な光周波数細分化を実現できます。

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、帯域幅わずか7GHz@3dBのサイドバンドを生成するために使用されます。主な制限要因はインピーダンスミスマッチであり、光損失は-8Bバイアスで最大20dBです。

SOAの長さは500µmで、変調光差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。出力部に統合された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、RF変調周波数は2.6GHz、電力は24.7dBm、位相変調器のVpiは5Vとした。下図は、10dBで17個の光吸収歯を持ち、SNSRが30dBを超える結果として得られる光吸収スペクトルである。

この方式は5Gマイクロ波伝送を目的としており、以下の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信号を生成できる。ここでは明記されていない。

要約すると、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、位相ノイズが低く、高出力で集積化が容易ですが、いくつかの問題点もあります。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、周波数間隔は変調率によって制限され、最大50GHzまでとなりますが、FR8システムではより広い波長間隔（一般的に10nm以上）が必要となります。用途が限られており、電力の平坦性もまだ十分ではありません。