光周波数コムと光伝送?

1990 年代以来、WDM 波長分割多重技術が数百キロメートル、さらには数千キロメートルにわたる長距離光ファイバー リンクに使用されてきたことはわかっています。ほとんどの国や地域にとって、光ファイバー インフラストラクチャは最も高価な資産ですが、トランシーバー コンポーネントのコストは比較的安価です。

しかし、5G などのネットワーク データ伝送速度の爆発的な成長に伴い、短距離リンクにおける WDM テクノロジの重要性がますます高まっており、短距離リンクの導入量ははるかに大きくなり、トランシーバ コンポーネントのコストとサイズがより重要になっています。

現時点では、これらのネットワークは依然として空間分割多重チャネルを介した並列伝送に数千本のシングルモード光ファイバーに依存しており、各チャネルのデータ レートは比較的低く、せいぜい数百 Gbit/s (800G) に過ぎません。 T レベルの用途は限られている可能性があります。

しかし、近い将来、通常の空間並列化の概念はすぐにスケーラビリティの限界に達し、データ レートのさらなる向上を維持するには、各ファイバー内のデータ ストリームのスペクトル並列化によって補完する必要があります。これにより、チャネル数とデータ レートの最大のスケーラビリティが重要となる波長分割多重技術のまったく新しいアプリケーション スペースが開かれる可能性があります。

この場合、周波数コム発生器 (FCG) は、コンパクトで固定された多波長光源として、明確に定義された多数の光搬送波を提供できるため、重要な役割を果たします。さらに、光周波数コムの特に重要な利点は、コムラ​​インの周波数が本質的に等距離であることです。これにより、チャネル間のガードバンドの要件が緩和され、DFB レーザーアレイを使用する従来の方式で単一ラインに必要な周波数制御を回避できます。

これらの利点は、波長分割多重の送信機だけでなく、その受信機にも当てはまり、個別の局部発振器 (LO) アレイを単一のコム発生器で置き換えることができることに注意してください。 LO コム発生器を使用すると、波長分割多重チャネルでのデジタル信号処理がさらに容易になり、それによって受信機の複雑さが軽減され、位相ノイズ耐性が向上します。

さらに、位相同期機能を備えたLOコム信号を並列コヒーレント受信に使用することで、波長分割多重信号全体の時間領域波形を再構築することも可能となり、伝送ファイバの光非線形性による損傷を補償することができます。コム信号伝送に基づく概念的な利点に加えて、サイズの小型化と経済効率の高い大規模生産も、将来の波長分割多重トランシーバーにとって重要な要素となります。

したがって、さまざまなコム信号発生器のコンセプトの中でも、チップレベルデバイスが特に注目に値します。データ信号の変調、多重化、ルーティング、受信用の拡張性の高い光集積回路と組み合わせると、このようなデバイスは、数十の伝送容量を備え、低コストで大量に製造できるコンパクトで効率的な波長分割多重トランシーバの鍵となる可能性があります。ファイバーあたりの Tbit/s。

送信側の出力では、各チャネルがマルチプレクサ (MUX) を介して再結合され、波長分割多重信号がシングルモード ファイバを介して送信されます。受信端では、波長分割多重受信機 (WDM Rx) が多波長干渉検出に 2 番目の FCG の LO 局部発振器を使用します。入力波長分割多重信号のチャネルはデマルチプレクサによって分離され、コヒーレント受信機アレイ (Coh. Rx) に送信されます。このうち、局部発振器 LO の分離周波数は、各コヒーレント受信機の位相基準として使用されます。この波長分割多重リンクのパフォーマンスは、明らかに、基本的なコム信号発生器、特に光の幅と各コム ラインの光パワーに大きく依存します。

もちろん、光周波数コム技術はまだ開発段階にあり、その応用シナリオや市場規模は比較的小さいです。技術的なボトルネックを克服し、コストを削減し、信頼性を向上させることができれば、光伝送におけるスケールレベルのアプリケーションを実現できる可能性があります。