Nyquist 16의 위상 공액 및 투명 파장 변환

May 18, 2023

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 22379(2016) 이 기사 인용

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우리는 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 성장한 단일층 그래핀으로 코팅된 섬유 피그테일 단면을 기반으로 비선형 광학 장치를 제작합니다. 제작된 그래핀 보조 비선형 광학 장치를 사용하고 Nyquist 16진 직교 진폭 변조(16-QAM) 신호를 사용하여 축퇴 4파 혼합(FWM)에 의한 위상 공액 파장 변환과 비축퇴 FWM에 의한 투명 파장 변환을 실험적으로 시연합니다. 그래핀에서. 우리는 펌프 전력과 펌프 파장의 함수로 변환 효율을 연구하고 비트 오류율(BER) 성능을 평가합니다. 또한 Nyquist 16-QAM 신호의 그래핀 보조 위상 공액 및 투명 파장 변환에 대한 시변 기호 시퀀스를 비교합니다.

육각형 벌집 격자로 배열된 탄소 원자의 단일 층인 그래핀1은 흑연, 탄소 나노튜브 및 풀러렌과 같은 잘 알려진 탄소 재료의 기본 구성 요소입니다. 그래핀은 뛰어난 전자 및 광자 특성으로 인해 높은 수준의 연구 관심을 끌었습니다2,3,4,5. 이는 선형의 질량 없는 밴드 구조 E±(p) = ±V|p|를 가지며, 여기서 위쪽(아래쪽) 기호는 전자(정공) 밴드에 해당하고, p는 준운동량이고 V ≒ 106m/s는 페르미 속도. 최근에는 광대역 편광기6, 초고속 광검출기7,8, 광대역 변조기9,10, 고감도 센서11, 초고속 및 초광대역 펄스 레이저12,13,14,15,16를 포함한 다양한 그래핀 기반 광자 장치가 보고되었습니다. 초광대역 범위(적외선 및 가시광선 범위)에서 대역 간 광학 전이를 허용하는 선형 밴드 구조를 보유하고 있기 때문에 그래핀은 큰 χ(3) 비선형성을 가질 수 있는 재료로 제안되었습니다. 그래핀의 비선형 반응은 본질적으로 파장에 걸쳐 분산되지 않고 벌크 반도체에 비해 훨씬 강하기 때문에 자연스럽게 FWM 공정에 적응할 수 있습니다. FWM은 저광 그래핀-실리콘 광결정 도파관, 섬유 페룰에 광학적으로 증착된 그래핀 및 마이크로섬유 기반 그래핀과 같은 다양한 구성의 그래핀에서 관찰되었습니다. 아주 최근에 Xu와 동료들은 기계적으로 박리된 그래핀을 사용하여 10Gb/s NRZ(Non-return-to-zero) 신호의 FWM 기반 파장 변환에 대한 실험적 관찰을 보고했습니다.

데이터 속도를 확장할 때 스펙트럼 효율의 증가가 효과적인 방법이 되었다는 것은 잘 알려져 있습니다. 파장 변환 기능이 매우 요구되는 고용량 광 전송 네트워크25를 활성화하려면 고급 광 변조 형식이 매우 중요해졌습니다. 나이퀴스트 펄스 성형 신호는 WDM(wavelength-division multiplexing) 시스템에서 널리 사용되었습니다. 또한 Nyquist WDM 기술은 단일 광섬유에서 다양한 파장 채널을 전송할 수 있으며 기존 WDM에 비해 더 높은 스펙트럼 효율성을 나타냅니다. 이전 FWM 기반 조정 가능 파장 변환26에서 고급 변조 형식은 1개의 기호에 인코딩된 2비트 정보를 포함하는 QPSK(직교 위상 편이 키잉)입니다. 이 연구에서는 1개의 기호에 4비트 정보가 인코딩된 16-QAM(16-QAM) 신호가 채택되었으며, 이는 더 높은 스펙트럼 효율을 가지고 있습니다. 따라서 Nyquist pulse shaping 신호와 16-QAM의 결합은 스펙트럼 효율을 더욱 높이는 매력적인 방법이 될 수 있습니다. 이 시나리오에서 칭찬할 만한 목표는 그래핀 보조 비선형 광학 장치를 활용하여 나이퀴스트 펄스 성형 신호의 파장 변환을 개발하는 것입니다.

본 논문에서는 고급 광 변조 형식 신호(Nyquist 펄스 성형 신호)와 단일 층 그래핀 코팅 섬유 장치의 광학적 비선형성의 조합을 고려하여 축퇴/비축퇴 FWM 기반 파장 변환에 대한 실험적 관찰을 보여줍니다. 5 Gbaud Nyquist 16-QAM 신호. 우리는 펌프 파장과 펌프 전력의 함수로서 파장 동조 특성과 변환 효율을 연구합니다. 또한 수신된 광 신호 대 잡음비(OSNR)의 함수로 BER을 측정하여 Nyquist 16-QAM 파장 변환 성능을 특성화합니다. 축퇴 FWM에 의한 위상 공액 파장 변환과 비축퇴 FWM에 의한 투명 파장 변환을 위한 시변 기호 시퀀스도 비교를 위해 측정됩니다.