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» 2018年07月12日 11時30分 公開

福田昭のデバイス通信(154) imecが語る最新のシリコンフォトニクス技術(14):光変調器の試作例(電界吸収(EA)変調器)とまとめ(後編) (2/2)

[福田昭,EE Times Japan]
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電界吸収変調器(EA変調器)の動特性と変調信号波形

 続いて動特性の測定結果である。挿入損失S21の周波数特性、反射損失S11の周波数特性、寄生抵抗と寄生容量をそれぞれ測定した。

 挿入損失S21の周波数特性は0GHz〜50GHzの周波数範囲でバイアス電圧をマイナス1Vからマイナス3Vまで変化させて測定した。S21の3dB帯域幅は、50GHzを超えていた。

 バイアス電圧がマイナス2Vのときに、pin接合の容量(Cj)は7.95fF、シリーズ抵抗(Rs)は320Ωである。RC時定数から換算した周波数帯域幅は63GHzであり、これも50GHzを超える。

電界吸収変調器(EA変調器)の動特性。出典:imec(クリックで拡大)

 試作した電界吸収変調器(EA変調器)は、NRZ符号の疑似ランダムパターンを56Gbpsの伝送速度で動作させたときに、バイアス電圧振幅(ピークツーピーク電圧)が1.5Vとかなり低くても、良好な信号波形(アイパターン)で信号を伝送できている。光波長は1550nmである。

電電界吸収変調器(EA変調器)を56Gbpsの伝送速度で動作させたときの信号波形(アイパターン)。32ビットの疑似ランダムNRZ(Non Return to Zero)符号をOOK(On-Off-Keying)変調したもの。出典:imec(クリックで拡大)

変調速度と挿入損失のトレードオフが存在

 ここからはまとめに入ろう。「マッハツェンダ変調器(MZ変調器)」と「リング変調器」、「電界吸収変調器(EA変調器)」のベンチマーク結果である。全体を通して分かるのは、変調速度を高めようとすると、変調器の挿入損失が増加してしまうことだ。

 設計目標は、送信器ペナルティ(TP)が8dB以下であることと、3dB帯域幅が35GHz以上であることの両立である。残念ながら、いくつかの試作例の中で、設計目標を辛うじて満足しているのは1例だけだ。リング変調器(Oバンド品、低Q値タイプ)を2Vの電圧振幅で駆動したときである。設計目標を満足するためには、変調器のさらなる改良が必要だと分かる。

電マッハツェンダ変調器(MZ変調器)(紫色のプロット)とリング変調器(Cバンド品(赤色のプロット)とOバンド品(青色のプロット))、電界吸収変調器(EA変調器)(黄緑色のプロット)のベンチマーク結果。横軸は3dB帯域幅、縦軸は送信器ペナルティ。左のグラフは電圧振幅(ピークツーピーク電圧)が1Vのとき、右のグラフはバイアス電圧振幅(ピークツーピーク電圧)が2Vのとき。出典:imec(クリックで拡大)

(次回に続く)

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