未来の技術を垣間見る (A Glimpse into the Future)

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2019/2/13 カリフォルニア大学サンタバーバラ校 (UCSB)

・ UCSB が、初めてシリコン基板に直接成長させた、多チャンネル・20GHz パッシブモードロック量子ドットレーザーを開発。
・ 同大学は約 10 年前に Intel と共同で世界初のハイブリッドシリコンレーザーを開発しているが、シリコンフォトニクス技術では、そのフットプリントを可能な限り最小に保ちながら、量産化を狙った高効率化と高性能化が進行中。
・イーサネットによる 400Gps の商用レベルデータ送信の 10 年先を行くような、毎秒 4.1Tb の伝送容量を同量子ドットレーザーで確認。一本の光ファイバーケーブルで複数の並列信号を多様な光波長 (色)により伝送する、光波長多重通信(WDM)の高性能光源として期待できる。
・ 同量子ドットレーザー技術は、シリコンフォトニクスの安定した低ノイズのエネルギー効率性で、データセンターやネットワークハードウェア新製品のデータ伝送容量を大幅に増加させる可能性を提供する。・ 急速に増加する世界のデータ通信量において、高い性能レベルを維持するには現在の情報通信基盤をおよそ 2 年毎に倍増する必要がある。Intel や Cisco 等の情報通信企業は、競争力保持のため、2024 年以降に向けたハードウェア開発に着手している。
・ 同量子ドットレーザーは 20GHz 間隔で 64 チャンネルを提供。システム容量を増量させる送信器として利用できる。固定されたチャネル間隔でコヒーレントな光周波数コムを発するパッシブモードロックレーザーは、レーザーキャビティでの波長競合によるノイズ発生を回避し、安定してデータを伝送する。
・ 同技術は、従来を超えるデータ容量、伝送速度やエネルギー効率の実現に向けた、光と導波路によるコンポーネントの作製を目標とする、シリコンエレクトロニクスとフォトニクスを集積した回路の開発における飛躍的な進歩であると考える。
・ テクノロジー企業がデータ容量と伝送速度の向上を図る中、同量子ドットレーザーのようなコンポーネントが情報通信やデータ処理における標準となることが期待される。
URL: https://www.news.ucsb.edu/2019/019345/glimpse-future

(関連情報)
Optica 掲載論文(フルテキスト)
High-channel-count 20  GHz passively mode-locked quantum dot laser directly grown on Si with 4.1   Tbit/s transmission capacity
URL: https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-6-2-128

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Low-cost, small-footprint, highly efficient, and mass-producible on-chip wavelength-division-multiplexing (WDM) light sources are key components in future silicon electronic and photonic integrated circuits (EPICs), which can fulfill the rapidly increasing bandwidth and lower energy per bit requirements. We present here, for the first time to our knowledge, a low-noise high-channel-count 20 GHz passively mode-locked quantum dot laser grown on a complementary metal-oxide-semiconductor compatible on-axis (001) silicon substrate. The laser demonstrates a wide mode-locking regime in the O band. A record low timing jitter value for passively mode-locked semiconductor lasers of 82.7 fs (4–80 MHz) and a narrow RF 3 dB linewidth of 1.8 kHz are measured. The 3 dB optical bandwidth of the comb is 6.1 nm (containing 58 lines, with 80 lines within the 10 dB bandwidth). The integrated average relative intensity noise values of the whole spectrum and a single wavelength channel are −152  dB/Hz<?XML:NAMESPACE PREFIX = “[default] http://www.w3.org/1998/Math/MathML” NS = “http://www.w3.org/1998/Math/MathML” />−152  dB/Hz and −133  dB/Hz−133  dB/Hz in the frequency range from 10 MHz to 10 GHz, respectively. Utilizing 64 channels, an aggregate total transmission capacity of 4.1 terabits per second is realized by employing a 32 Gbaud Nyquist four-level pulse amplitude modulation format. The demonstrated performance makes the laser a compelling on-chip WDM source for multi-terabit/s optical interconnects in future large-scale silicon EPICs.

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