Recently, there have been many efforts to increase data speed for short-reach intensity-modulation and direct-detection (IM/DD) systems to meet the growing bandwidth demands of data center interconnects. Silicon photonics is a technology for fabricating photonic integrated circuits on a silicon wafer. It provides an attractive solution for such high-speed DCI applications due to its advantages in compact footprint and fabrication process compatibility for low-cost and volume production. Especially, silicon photonic traveling-wave Mach-Zehnder modulators based on carrier depletion junctions are widely used because of their large bandwidths and robustness for the operation wavelength and temperature. In this dissertation, high-speed silicon photonics optical-time-division-multiplexing transmitter architectures are proposed for next-generation data center networks based on high-efficiency silicon photonics-based Mach-Zehnder modulators. In addition, the possibility of integrating an optical transceiver based on silicon was studied by experimentally demonstrating an optical transmission system through a high-speed all-silicon waveguide photodetector.
최근 데이터 센터 내부 통신량의 폭발적인 증가로 높은 전송 용량을 가지는 저비용 근거리 세기-변조-직접 수신 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다. 실리콘 포토닉스 기술은 기존에 성숙한 CMOS 공정 기술을 활용하여 저비용, 고집적화, 낮은 전력 소모를 가지는 광학 집적회로를 실리콘 웨이퍼 상에 구현할 수 있으며, 이러한 장점을 바탕으로 초고속 근거리 전송 시스템의 문제를 해결할 수 있는 기술로 떠오르고 있다. 특히, PN 접합의 공핍 영역을 사용하는 진행파 실리콘 마하-젠더 변조기는 넓은 대역폭을 가지며 동작 파장 및 온도에 덜 민감하여 광통신 분야에서 널리 사용되고 있다. 본 학위 논문에서는 고효율의 실리콘 포토닉스 기반 마하-젠더 변조기를 디자인하여 이를 바탕으로 차세대 데이터 센터 네트워크를 위한 초고속 실리콘 포토닉스 광학적 시분할 다중화 송신기 구조에 대하여 제안한다. 또한 실리콘 도파로 구조의 고속 광 검출기를 통해 광전송 시스템을 실험적으로 구현하여 순수 실리콘 기반의 광 트랜시버 집적화에 대한 가능성을 알아보았다.
