Ανάπτυξη Tb/s φωτονικών δρομολογητών με μικρο-οπτικά κυκλώματα σε πυρίτιο

Abstract

Η παρoύσα διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη οπτικών συστημάτων υπερυψηλής ταχύτητας χρησιμοποιοιώντας μικρο-οπτικά κυκλώματα σε πυρίτιο. Τέσσερα συστήματα οπτικής επεξεργασίας αναπτύσσονται και αξιολογούνται για την εκτέλεση των ακόλουθων λειτουργιών δρομολόγησης. Η ανίχνευση επικεφαλίδας υλοποιείται με μικρο-οπτικούς συντονιστές δακτυλίου (MRRs) οι οποίοι χρησιμοποιούνται ως ρυθμιζόμενα φίλτρα υψηλής ανάλυσης. Η παραγωγή σημάτων ελέγχου επιτυγχάνεται με υβριδικά ολοκληρωμένους οπτικούς μανδαλωτές (Optical Flip-Flops) χρησιμοποιώντας συζευγμένα συμβολόμετρα Μach-Zehnder. Η μετατροπή μήκους κύματος σε ταχύτητες ρυθμοδότησης 160Gb/s υλοποιείται με ένα φωτονικό κύκλωμα σε πυρίτιο ενσωματώνοντας έναν ημιαγώγιμο οπτικό ενισχυτή (SOA) και δύο μονολιθικά ολοκληρωμένα συμβολόμετρα καθυστέρησης (DIs). Η δρομολόγηση των πακέτων πληροφορίας επιτυγχάνεται με συστοιχία φραγμάτων περίθλασης (AWGs) και με δομές συντονιστών δακτυλίου ανώτερης τάξης. Η επίλυση σύγκρουσης πακέτων υλοποιείται με ένα συμβολόμετρο Mach-Zenhder και δύο μετατροπείς μήκους κύματος (SOA-DI). Για την πειραματική επίδειξη των προηγούμενων φωτονικών διατάξεων, αναπτύσσεται ένα σύστημα αξιολόγησης υψίρρυθμων σημάτων εξυπηρετώντας ταχύτητες ρυθμοδότησης έως 160 Gb/s.

The thesis focuses on the development of high-speed all-optical systems using silicon photonic integrated components. Four independent processing units have been assembled and evaluated enabling the following routing functionalities. Label detection is performed with high-resolution silicon micro-ring resonators that operate as reconfigurable optical demultiplexers. Control signal generation is performed with hybrid integrated optical flip-flops using Mach-Zehnder interferomteric structures. Wavelength conversion at bit rates up to 160Gb/s is assisted by a compact silicon photonic circuit that incorporates a flip-chip adapted semiconductor optical amplifier (SOA) and two monolithically integrated delay interferometers (DIs). Wavelength routing is performed by arrayed waveguide gratings (AWG) and higher order ring-resonator based cross-connects. Packet contention resolution is implemented by a Mach-Zenhder interferometric structure and two SOA-DI wavelength converters. For the experimental demonstration of the previous photonic circuits, a high-speed system testbed is assembled accommodating data rates up to 160Gb/s.