Low power consumption silicon photonics tuning filters based on compound microring resonators
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Resumen
Las plataformas escalables de óptica integrada basadas en silicio sobre aislante permiten desarrollar funciones ópticas y electrónicas en el mismo chip. Los desarrollos en esta área se ven impulsados por su potencial como tecnología de entrada/salida (I/O) capaz de satisfacer las demandas de ancho de banda de los futuros procesadores multinúcleo. La mayoría de los diseños de interconexión óptica se basan en resonadores de microranillo de pequeña huella y alta eficiencia energética. Estos se utilizan para filtrar canales individuales a partir de una guía compartida. Los filtros de microranillo de segundo orden permiten un empaquetamiento más denso de canales al presentar pendientes más pronunciadas entre la banda de paso y la banda de rechazo. Aprovechando el uso de un único anillo físico con propagación en sentido horario y antihorario, implementamos filtros de segundo orden con menor consumo de energía de ajuste y mayor resiliencia frente a ciertos errores de fabricación. Se describen la capacidad de cascada, el potencial de estabilización remota, la eficiencia energética, junto con ecuaciones de diseño simples para los coeficientes de acoplamiento. Diseñamos filtros de segundo orden con un ancho a media altura (FWHM) de 45 GHz a 20 GHz, diafonía entre canales de -40 dB a -20 dB para diferentes espaciamientos de canal a un FSR específico, con eficiencias energéticas comparables a configuraciones de un solo anillo y compatibles con plataformas de silicio sobre aislante (SOI) de última generación.
Descripción
Scalable integrated optics platforms based on silicon-on-insulator allow to develop optics and electronics functions on the same chip. Developments in this area are fostered by its potential as an I/O technology that can meet the throughputs demand of future many-core processors. Most of the optical interconnect designs rely on small footprint and high power efficiency microring resonators. They are used to filter out individual channels from a shared bus guide. Second-order microring filters enable denser channel packing by having sharper pass-band to stop-band slopes. Taking advantage of using a single physical ring with clockwise and counter-clockwise propagation, we implement second order filters with lower tuning energy consumption as being more resilient to some fabrication errors. Cascade ability, remote stabilization potential, energy efficiency along with simple design equations on coupling coefficients are described. We design second-order filters with FWHM from 45 GHz to 20 GHz, crosstalk between channels from -40 dB to -20 dB for different channel spacing at a specific FSR, with energy efficiencies of single ring configurations and compatible with silicon-on-insulator (SOI) state of the art platforms.