Implementierung von parallel-seriellen Filter-Strukturen auf Silizium micro-photonischer Plattform zur Kompensierung von Rest-Dispersion in optischen Kommunikationssystemen

In optischen Kommunikationssystemen besteht seit geraumer Zeit ein Interesse an der Definition optimaler Filterstrukturen. Eine rein-optische Implementierung solcher Filter eröffnet die Möglichkeit, Geschwindigkeitslimitierungen sowie den enormen Leistungsbedarf von elektronischen Filtern zu überwinden, insbesondere unabhängig von der Übertragungsrate. Integrierte optische Lösungen ermöglichen zusätzlich eine Integration in Empfängermodulen optischer Übertragungssysteme, wobei gerade eine Silizium-basierende Umsetzung den Vorteil der CMOS Kompatibilität gewährleistet, nicht zuletzt um eine Massentauglichkeit zu ermöglichen. Die benötigten Module für solcher Filter sind Ringresonatoren, Bragg Gitter, Richtkoppler und Arrayed Waveguide Gratings (AWG). Für kohärent verbundene, Interferometer-basierte Filterstrukturen können diese Module in "voll-parallel" (AWG basierende) oder "voll-seriell" (Gitter-Filter) eingeteilt werden. Ein neuer Filteransatz wurde entworfen um die Vorteile des voll-parallelen mit dem voll-seriellen Filter zu verbinden, wobei der Name "parallel-serieller" Filter gewählt wurde. Diese Filterarchitektur hat das Potential, äußerst kompakte, hoch skalierbare Filter zu ermöglichen. In dieser Arbeit wurde eine Mikro-Silizium-Photonische Implementierung eines solchen parallel-seriellen Filters zur Kompensierung von Restdispersion entworfen und hergestellt. Es wurde gezeigt, dass der parallel-serielle Filteransatz eine neue alternative ist, einige hundert ps/nm Restdispersion in hochbitratigen optischen Kommunikationssystemen zu kompensieren. Die Qualität des Filters ist über eine Emulation der gemessenen Filterkoeffizienten in einer kommerziellen Simulationsumgebung bestimmt worden. Ansätze zur weiteren Verbesserung des parallel-seriellen Filteransatzes wurden ferner aufgezeigt.In optical communication, there has been a continuous quest to determine an optimum filter architecture. Photonic implementation of a filter has the potential to overcome the electronic speed barrier and make the power consumption independent of the transmission rate. Integrated photonic implementation results in low power consumption and possible integration with the receiver module of a fiber optic transmission system. Furthermore, Silicon photonic implementation has the potential to bring CMOS compatibility, feasibility for mass-scale production and smaller footprint. Building blocks such as ring resonators, bragg gratings, directional couplers and Arrayed Waveguide Gratings (AWG) are employed to implement various filter schemes. For coherently connected interferometric schemes, the filter architectures can be categorized as fully-parallel (AWG based filters) or fully-serial (lattice filters). In an attempt to get the best out of both approaches, a new filter approach is conceived. Since this approach is based on the merger of fully-parallel and fully-serial approaches therefore it is termed as "Parallel-Serial". The proposed filter approach has potential to provide compact devices with possibility of easier scale-up. In this work, the micro-silicon photonic implementation of parallel-serial filter for tunable residual dispersion compensation is carried out. The results have shown that the parallel-serial filter approach provides a novel alternate to compensate few hundreds of ps/nm of residual dispersion for a high speed optical communication system. The effectiveness of the parallel-serial filter approach is determined by testing the performance of the fabricated devices in the emulation environment of a commercial software. Moreover, it has been shown that by modifying the design, the performance of the parallel-serial filter as a dispersion compensator can be improved further