Feedback control of micro ring resonator based photonic integrated transmitter

In this work, the design and realization of a feedback control for an optical transmitter integrating silicon photonic micro ring resonators has been carried out. The optical system, operating in the L-band, exploits asymmetric narrow-band filtering of a micro ring resonator (MRR) to improve the quality of the signal generated by a Directly Modulated Laser (DML). The carving action of the MRR enhances the extinction ratio (ER) of an on-off keying (OOK) 10 Gbit/s signal generated by the DML. To this aim, the MRR response has to be accurately designed and precisely tuned with respect to the DML spectrum. Therefore, an accurate feedback control of the MRR resonant wavelength is mandatory in order to keep locked the MRR response in the target working point. The main aim of the control system is to counteract the effect of thermal drifts and laser wavelength fluctuations, that could move away the ring response from the target working point. In order to achieve the locking in different points of the MRR transmission, different locking algorithms have been implemented and tested. At the end, experiments on feedback control system have been carried out, in order to test both its efficacy and necessity. It has been successfully demonstrated the wavelength locking of silicon micro ring resonator with an accuracy better than 0.5 GHz. This work has been developed in the framework of a research project on the development of a 4-channels transmitter optical sub-assemblies (TOSA) operating in L band.

In questo lavoro di tesi è stato realizzato il design e lo sviluppo di un sistema di controllo in retrazione per un trasmettitore ottico contenente micro anelli risonanti in silicon photonics. Il sistema, operante in banda L, sfrutta il selettivo filtraggio asimmetrico di un micro anello risonante (MRR) per aumentare la qualità del segnale generato da un Directly Modulated Laser (DML). L'azione filtrante del MRR aumenta il rapporto di estinzione (ER) di un segnale a 10 Gbit/s generato da un DML con modulazione on-off keying (OOK). A questo scopo, la risposta in frequenza del MRR deve essere accuratamente costruita e deve essere posizionata in un punto preciso rispetto allo spettro del DML. E’ quindi necessario un accurato controllo in retroazione della lunghezza d'onda di risonanza del anello in modo da mantenere l'anello agganciato nel punto di lavoro selezionato. Lo scopo principale del sistema di controllo è quello di contrastare l'effetto delle derive termiche e delle fluttuazioni in lunghezza d'onda del laser, che potrebbero spostare l'anello dal punto di lavoro selezionato. Per ottenere l'aggancio dell'anello in punti di lavoro differenti, vari tipi di algoritmi di aggancio sono stati implementati e testati. Alla fine sono stati fatti diversi esperimenti sul sistema di controllo in retroazione per dimostrare la sua efficacia e la sua necessità in un circuito fotonico integrato. E’ stato dimostrato un aggancio in lunghezza d'onda di un micro anello risonante in silicio con un accuratezza migliore di 0.5 GHz. Questo lavoro è stato svolto all'interno di un progetto di ricerca riguardo lo sviluppo di un trasmettitore ottico a 4 canali operante in banda L.