This thesis presents two novel and simple methods to reduce the power penalty of the Mach-Zhender interferometer (MZI) cross phase modulation (XPM) wavelength converter. Power penalty is an important parameter because it is directly related to input power dynamic range of wavelength converter and input power dynamic range of wavelength converter is a crucial parameter to determine the operating performance for diverse system applications. Input power dynamic range of the interferometric wavelength converter is only 3-4 dB at 10 Gbit/s. [1]
In method I, the relation of the injected optical powers of input signal and CW light for a conventional MZI XPM wavelength converter is simulated using VPI simulation tool. The purpose is to obtain the optimal input signal and CW light power pairs in terms of the power penalty based on the bit error rate. The wavelengths of the input signal and the CW light used in this simulation were 1552.5 nm and 1548.5 nm, respectively, and the wavelength conversion range is 4 nm downward direction. The input signal is intensity-modulated at a bit rate of 2.5 Gbit/s with nonreturn-to-zero (NRZ) pseudorandom binary sequences (PRBS) of length $2^{23-1}$. Power penalty is greatly reduced when optimal CW power is used. From -10 dBm to 50 dBm of input power, power penalty is within 2 dB. Simulated input power dynamic of the XPM MZI wavelength converter is 8dB at 2.5 Gbit/s. If the CW light power can be controlled according to the simulated best pairs, the input power dynamic range is over 30 dB at 2 dB power penalty. (Input signal power : -10~20 dBm)
In method II, simulation conditions are almost same as those of the first method except that SOA2 current is variable and CW light power is fixed. That is, CW light power is variable in the first method whereas SOA2 current is variable in the second method. The purpose is to obtain the optimal input signal power and SOA2 current pairs in terms of the power penalty based on the bit error rate. SOA2 current varying method also has power penalty reduction function. If the SOA2 current can be controlled according to the simulated best pairs, the input power dynamic range is over 20 dB at 2 dB power penalty. (Input signal power : 0~20 dBm)
By reducing the power penalty, those methods can extend the input power dynamic range of a XPM wavelength converter from conventional 8 dB to 30 dB(first method) and 20 dB(second method).
본 논문에서는 상호 위상 변조 파장 변환기의 가장 큰 단점중의 하나인 좁은 동적 영역 입력 범위를 확장하기 위하여 power penalty를 줄이는 방법들을 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
입력 신호 파장과 변환 신호 파장은 각각1552.5 nm, 1548.5 nm이고 파장 변환 간격은 아래쪽으로 4 nm이다. 신호의 비트율은 2.5 Gbit/s이고 형태는 NRZ, $2^23-1$의 길이의 PRBS로 시뮬레이션을 하였다.
첫 번째 방법은 상호 위상 변조 파장 변환기에 들어가는 CW 빛의 전력을 입력 신호 전력의 크기에 가장 적은 power penalty를 보이는 값으로 조절하면 동적 영역 입력 범위를 넓힐 수 있다는 것을 보였다. 이 방법으로는 2 dB power penalty를 기준으로 하여 동적 영역 입력 범위를 원래의 8 dB에서 30 dB이상으로 증가시켰다.
두 번째 방법은 상호 위상 변조 파장 변환기의 주된 구성 요소인 두개의 SOA에 가하는 전류를 들어오는 입력 신호 전력에 가장 적합한 즉 가장 적은 power penalty를 보이는 값으로 바꾸어 줌으로써 동적 영역 입력 범위를 넓힐 수 있다는 것을 보였다. SOA1은 150 mA로 고정하고 SOA2에 가하는 전류를 변화시켰다. 이 방법으로는 2 dB power penalty를 기준으로 하여 동적 영역 입력 범위를 원래의8 dB에서 20 dB로 증가시켰다.
첫 번째 방법이 두 번째 방법보다 더 나은 특성을 보였다. 전달함수가 첫 번째 방법에 의해서는 각 입력 신호 전력에 가장 적합하게 변하지만 두 번째 방법에 의해서는 각 입력 신호 전력에 적합하게 변하지 않기 때문이다. 낮은 입력 신호 전력에서 예를 들어 첫 번째 방법의 경우 -10 dBm이하, 두 번째 방법의 경우 0 dBm이하 일 경우에는 입력 신호 전력이 매우 적어 간섭조건이 일어나지 않으므로 power penalty가 급격히 증가한다. 입력 신호 전력이 20 dBm이상일 경우에 첫번째 방법의 전달함수는 각 입력 신호 전력에 적합하게 변하지만 두 번째 방법의 경우에는 전달 함수가 거의 변하지 않으므로 첫 번째 방법의 성능이 더 좋게 나오는 결과가 나왔다.
이 방법들을 이용하면 파장 변환기의 동적 영역 입력 범위를 크게 향상시킬 수 있다. 특히 비트율이 10 Gbit/s나 그 이상으로 높아질 경우에는 상호 위상 변조 파장 변환기의 동적 영역 입력 범위는 더 좁아지게 되므로 이 방법들은 보다 효과적인 방법들이 될 것이다.
