カスケード接続リング共振器を用いたスローライトSi変調器

摘要

For silicon modulators, introducing resonators is effective way to obtain compact size and power-efficient operations because it can enhance the modulation efficiency. We investigated cascaded ring-resonators in all-pass configuration for this purpose. This structure has enhanced phase-modulation for the light propagated due to slow-light effect for a given index change in the waveguide of the rings. In addition, by designing the number of the cascaded ring resonators, as well as the Q-values of them, it can provide a sufficient total modulation depth, without causing the bandwidth of the resonance to be extremely narrow. We fabricated a Mach-Zehnder modulator, which had such cascaded ring resonators on its arms as the phase modulators on SOI substrate. This modulator showed seven-fold enhancement in modulation efficiency for a driving current at the resonant wavelengths, compared with a conventional non-resonant Mach-Zehnder modulator. Clear eye-openings were successfully obtained using pre-emphasis signals with the amplitude of only 1-V peak-to-peak in the wavelength range of 1 nm without dynamic control on the resonant wavelength of the resonators.%シリコン変調器の小型・低消費電力化に対して、光共振器の導入により変調効率を高めることは有効な手段である。我々はこのような共振器として、オールパス型のリング共振器をカスケード接続した構造を検討している。本構造はスローライトの効果により、リング共振器の導波路に誘起された屈折率変化に対して、得られる伝搬光の位相変化が増強される。また、リング共振器のQ値と接続個数の両方を設計パラメータとすることで、変調に必要な総位相変化量を確保しつつ、動作波長範囲を拡大することができるため、従来のリング共振器型変調器と比較すると、より大きな設計の自由度を有している。本構造を有するマッハツェンダ変調器をSOI基板上に作製した結果、共振ピークの波長において、駆動電流に対する変調効率が通常のマッハツェンダ変調掛こ比較して約7倍増大していることを確認した。また、1V_(pp)という小さい電圧振幅のプリ・エンファシス信号により本変調器を10 Gb/s駆動した結果、共振波長の調整なしに波長範囲1nm において良好なアイの開口が得られた。