L'évolution de la communication optique à haute vitesse pour répondre à une demande toujours croissante reste un défi. La photonique sur silicium (SiP) est reconnue comme la technologie la plus prometteuse pour une intégration massive afin de maintenir des coûts bas et des débits de transmission élevés. Dans cette thèse, nous examinons les performances du système des modulateurs en silicium et proposons plusieurs optimisations. Nous explorons des systèmes de détection cohérente et directe pour différentes applications cibles. Nous présentons une démonstration expérimentale de la transmission cohérente avec un modulateur Mach-Zehnder en silicium à segmentation binaire pondérée (BWS). Nous étudions la tolérance du décalage temporel RF entre les segments et résolvons ce problème avec une méthodologie de correction expérimentale. Nous améliorons les performances de transmission en optimisant les paramètres du système, y compris le biais, le DSP et l'accentuation optique. Nous atteignons une modulation 32QAM à 120 Gbaud avec un seuil FEC de 24% en polarisation unique. Nous explorons un autre design segmenté pour la cohérence à haute vitesse, celui avec une segmentation pondérée unaire (UWS). En utilisant deux segments de même longueur sur un modulateur Mach-Zehnder en silicium, nous atteignons un débit net de 1 Tbit/s avec polarisation double en transmission optique en face à face et sur fibre sur 80 km, avec l'aide du façonnage probabiliste de la constellation (PCS) et du traitement numérique du signal (DSP) non linéaire. Nous démontrons le rapport signal/bruit optique réalisable (OSNR) en fonction du nombre de segments de longueur égale et résumons l'amélioration avec la segmentation. Nous examinons également le compromis en utilisant la segmentation. Nous passons de la détection cohérente à la détection directe pour examiner la transmission à bande latérale unique (SSB) par multiplexage orthogonal par répartition en fréquence (OFDM) avec un micro-modulateur annulaire (MRM) en silicium. Nous utilisons un modèle numérique pour le chirp de fréquence des MRM afin d'identifier deux dégradations distinctes que le chirp induit dans la signalisation SSB. Nous validons expérimentalement les dégradations simulées et établissons les avantages d'une modulation à faible chirp. Nous quantifions l'amélioration du rapport signal/bruit (SNR) de la sous-porteuse. / Scaling high-speed optical communication to meet growing demand remains challenging, especially in data centers. Silicon photonics (SiP) is recognized as the most promising technology for massive integration to keep costs low and transmission rates high. In this thesis, we investigate the system performance of silicon modulators and propose several optimizations. We explore coherent and direct detection systems, for different target applications. We present an experimental demonstration of coherent transmission with a dual binary-weighted segmentation (BWS) silicon Mach-Zehnder modulator (MZM). We investigate the tolerance of RF time delay mismatch between segments and resolve this problem with an experimental correction methodology. We improve transmission performance by optimizing system parameters including bias, DSP, and optical emphasis. We achieve 120 Gbaud 32QAM under 24% FEC threshold with a single polarization. We explore another segmented design for high-speed coherent applications, one with unary-weighted segmentation (UWS). Using two segments of equal length on a silicon MZM, we achieve 1 Tb/s net rate with dual polarization in optical back-to-back and 80 km fiber transmission, aided by probabilistic constellation shaping (PCS) and nonlinear digital signal processing (DSP). We demonstrate achievable optical signal-to-noise ratio (OSNR) as a function of the number of segments of equal length and summarize the improvement with segmentation. We also examine the trade-off between power efficiency, bandwidth, and achievable signal-to-noise ratio (SNR) by using segmentation. We turn from coherent to direct detection to examine single sideband (SSB) orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmission with a silicon micro-ring modulator (MRM). We use a numerical model for the frequency chirp from MRMs to identify two distinct impairments introduced by chirp in SSB signaling. We contrast this performance with that of chirped modulation from a single ring MRM. We validate our simulated impairments experimentally and establish the benefits of low-chirp modulation. We quantify the subcarrier SNR improvement.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/146092 |
| Date | 28 June 2024 |
| Creators | Zheng, Zibo |
| Contributors | Rusch, Leslie, Shi, Wei |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 99 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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