2017 Fiscal Year Research-status Report

多値振幅変調用小型多チャネル光送信モジュールのチャネル間クロストークに関する研究

Research Project

Project/Area Number	17K06403
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	高畑清人早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 准教授 (40780797)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	光送信モジュール / 光デバイス
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、次々世代以降の高速光イーサネット、及び高速高密度光インタークネクションに共通して必要となる小型多チャンネル多値振幅変調光電気インターフェイスに適用する光送信モジュールを対象として、高速多値変調信号のチャネル間クロストークの影響に着目して、次の3つの課題に取組んでいる。課題（１）クロストーク抑制に適したモジュール構造の探求。課題（２）チャネル間隔とクロストークの相関の明確化。課題（３）クロストークペナルティの簡易な評価方法を確立。以下、各々の課題について今年度の研究実績を記述する。課題（１）：高速光信号を生成する電界吸収型変調器集積DFBレーザ（EML）とその変調器部への変調電気信号を伝達するための高周波伝送線路基板との接続にハンダバンプを用いる構造について、今年度導入した三次元電磁界シミュレータ上に解析モデルを構築した。解析は基礎検討の段階であり、隣接チェネル間クロストークを解析するための２チャネルモデルを用いて、バンプの位置、数を変化させた際の信号伝送特性（伝送損失、クロストーク信号レベル）の変化をチェックした課題（２）：光送信モジュールの特性解析のためには電気の入力信号からEMLの光出力までを統合的に解析する光電気統合解析モデルの構築が必要となるが、今年度は基礎検討として電気回路シミュレータ上にEML等価回路モデルを構築し、それを用いてクロストークに起因する伝送信号の劣化度合いを検証した。課題（３）伝送信号の符号誤り率（BER）の劣化度合いを表す指標であるクロストークペナルティを従来の評価方法（BER測定に基づく評価）と比較して短時間で評価する方法を確立するために、クロストークの影響を雑音として捉えて信号雑音比（SNR）とクロストークペナルティの相関に着目する評価手法の基礎検討を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今年度は研究室内のシミュレーション環境の立上げ、及び解析モデルの検討に計画よりも時間を費やしたため、研究の進捗が若干遅れた。課題（１）については、ハンダバンプを用いた構造についての解析モデルを構築したが、条件の最適化や新たな構造の検討は完了することが出来ていない。課題（２）については、光送信モジュール内での電気クロストークの発生箇所として隣接伝送線路間を想定した解析モデルを構築し、その伝送信号への影響を検証した。しかし、隣接EML間のクロストークについては着手出来ていない。課題（３）については、クロストークペナルティの新たな評価手法について試行錯誤した結果、クロストークの影響を雑音として捉えて信号雑音比の変化に着目する手法を有力と判断した。
Strategy for Future Research Activity	課題（１）クロストーク抑制に適したモジュール構造の探求、については、特にLSIチップ間光インタークネクションでは高密度化の要求が高いことから、チャネル間隔を100μm以下まで狭小化してもクロストークを抑圧できるモジュール構造の探索を行う。隣接する信号線の間の強化グランドを配線基板面だけでなくその周囲の空間部分に対しても設ける構造の導入、電磁波遮断物質の利用等、広い範囲で構造、技術探索を実施し、PAM4信号に対してクロストークを十分に抑圧できる構造を提案する。課題（２）：チャネル間隔とクロストークの相関の明確化、については、隣接伝送線路間だけではなく隣接EML間のクロストークも取り入れた光電気統合解析モデルを構築し、シミュレーションによりチャネル間隔とクロストークの相関を明確化する。課題（１）で検討されたクロストーク抑圧モデルを逐次取り入れることで統合モデルをアップデートし、新たな構造に対してもチャネル間隔とクロストークの相関を明確化する。課題（３）クロストークペナルティの簡易な評価方法を確立、については、SNRに基づいたクロストークペナルティ評価手法をNRZ信号に対して確立した後に、これをPAM4信号にも拡張するために必要な改良を加え、PAM4信号に対しても従来手法よりも簡易に、且つ短時間でクロストークペナルティを導出する手法を確立する。
Causes of Carryover	シミュレータソフトウェアの購入費用が当初計画よりも低く抑えられてたこと、及び本助成金で購入を計画していた解析用パソコンを別予算で購入出来たことにより、次年度使用額が生じた。この繰越額については平成30年度の助成金と合わせて、研究加速のための新たな解析用パソコンの購入、及び国内外の学会出張費、参加費等に使用する計画である。