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CMOS-compatible high-index doped silica waveguide with an embedded silicon-nanocrystal strip for all-optical analog-to-digital conversion [Editors' Pick]

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Abstract

Passive all-optical signal processors that overcome the electronic bottleneck can potentially be the enabling components for the next-generation high-speed and lower power consumption systems. Here, we propose and experimentally demonstrate a CMOS-compatible waveguide and its application to the all-optical analog-to-digital converter (ADC) under the nonlinear spectral splitting and filtering scheme. As the key component of the proposed ADC, a 50 cm long high-index doped silica glass spiral waveguide is composed of a thin silicon-nanocrystal (Si-nc) layer embedded in the core center for enhanced nonlinearity. The device simultaneously possesses low loss (0.16 dB/cm at 1550 nm), large nonlinearity (305 W?1/km at 1550 nm), and negligible nonlinear absorption. A 2-bit ADC basic unit is achieved when pumped by the proposed waveguide structure at the telecom band and without any additional amplification. Simulation results that are consistent with the experimental ones are also demonstrated, which further confirm the feasibility of the proposed scheme for larger quantization resolution. This demonstrated approach enables a fully monolithic solution for all-optical ADC in the future, which can digitize broadband optical signals directly at low power consumption. This has great potential on the applications of high-speed optical communications, networks, and signal processing systems.

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DOI:

基金项目:Research Grants Council, University Grants Committee10.13039/501100002920; Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences;

收稿日期:2019-05-28

录用日期:2019-08-26

网络出版日期:2019-09-29

作者单位    点击查看

Yuhua Li:Department of Physics, City University of Hong Kong, Hong Kong, China
Kun Zhu:Photonics Research Centre, Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
Zhe Kang:Photonics Research Centre, Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, Chinae-mail: zhe.kang@polyu.edu.hk
Wai Lok Ho:Department of Physics, City University of Hong Kong, Hong Kong, China
Roy Davidson:QXP Technology Inc., Xi’an 710119, China
Chao Lu:Photonics Research Centre, Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
Brent E. Little:State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, XIOPM, CAS, Xi’an 710119, China
Sai Tak Chu:Department of Physics, City University of Hong Kong, Hong Kong, Chinae-mail: saitchu@cityu.edu.hk

联系人作者:Zhe Kang(zhe.kang@polyu.edu.hk); Sai Tak Chu( saitchu@cityu.edu.hk);

备注:Research Grants Council, University Grants Committee10.13039/501100002920; Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences;

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引用该论文

Yuhua Li, Kun Zhu, Zhe Kang, Wai Lok Ho, Roy Davidson, Chao Lu, Brent E。 Little, and Sai Tak Chu, "CMOS-compatible high-index doped silica waveguide with an embedded silicon-nanocrystal strip for all-optical analog-to-digital conversion," Photonics Research 7(10), 1200-1208 (2019)

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