SPICE Simulation of All-Optical Transmitter/Receiver Circuits Configured with MQW Optical Modulators and FETs

다층 양자우물구조 광 변조기와 전계효과 트랜지스터를 사용한 광 송/수신기회로의 SPICE 모사

In this paper, an optical switching circuit and several types of all-optical transmitter/receiver circuits which are configured with photodiodes, multiple quantum-well(MQW) optical modulators, and field-effect transistors(FETs) were simulated using PSPICE and their results of these are examined and discussed. 20 $\mu\textrm{m}$ ${\times}$ 20 $\mu\textrm{m}$ of window size was used for the optical modulators and 100 $\mu\textrm{m}$ wide FETs with the transconductance value of 55 mS/mm were used for the simulations. Simulation results clearly show that in order for the high speed operation of the all-optical circuits, the size of each device should be minimized to reduce the parasitic capacitance, the circuits should be designed to operate at the wavelength where the resposivity of photodiodes becomes the maximum peak, and the use of short, high-intensity input optical signal beams is very advantageous.

전계효과 트랜지스터와 광 다이오우드 및 다층 양자우물구조 광 변조기로 구성되는 광 스위치 회로와 몇 가지 전광 송/수신기 회로(all-optical transmitter/receiver circuits)에 대하여 시변 천이 동작 특성을 SPICE를 사용 모사한 결과를 기술하였다. 본 모사 실험에서 광 변조기 소자의 수광 창의 크기는 20 $\mu\textrm{m}$ $\times$ 20 $\mu\textrm{m}$으로 고려하였고 사용된 FET 소자의 게이트 폭은 100 $\mu\textrm{m}$이며 전달컨덕턴스 값은 측정된 소자 특성에서 55 mS/mm로 사용되었다. 모사 결과 광 논리소자의 고속 동작을 위해서는 소자의 크기를 줄이며 입력 광 다이오우드의 responsivity가 최대값을 가지는 바이어스점에 동작하도록 설계하고, 짧고 강한 세기의 광선을 입력 광 신호로 사용해야 함을 알 수 있었다.