光周波数コムと光伝送？

1990年代以降、WDM（波長分割多重）技術は、数百キロメートル、あるいは数千キロメートルに及ぶ長距離光ファイバーリンクに利用されてきました。多くの国や地域にとって、光ファイバーインフラは最も高価な資産であり、トランシーバー部品のコストは比較的低く抑えられています。

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技術の重要性が増しており、短距離リンクの展開量も大幅に増加しているため、トランシーバーコンポーネントのコストとサイズがさらに重要になっています。

現在、これらのネットワークは、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、従来の空間並列化の概念は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ためには、各ファイバーにおけるデータストリームのスペクトル並列化を補完する必要がある。これは、チャネル数とデータレートの最大限のスケーラビリティが重要となる波長分割多重技術の全く新しい応用分野を切り開く可能性がある。

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、多数の明確に定義された光キャリアを供給できるため、非常に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​​インの周波数が実質的に等間隔であることです。これにより、チャネル間ガードバンドの要件が緩和され、DFBレーザーアレイを用いた従来の方式で必要となる単一ラインの周波数制御を回避できます。

これらの利点は、波長分割多重方式の送信機だけでなく、受信機にも適用できることに留意すべきです。受信機では、個別の局部発振器（LO）アレイを単一のコムジェネレータに置き換えることができます。LOコムジェネレータの使用により、波長分割多重チャネルにおけるデジタル信号処理がさらに容易になり、受信機の複雑さが軽減され、位相雑音耐性が向上します。

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用いることで、波長分割多重信号全体の時間領域波形を再構成することが可能となり、伝送ファイバの光非線形性による劣化を補償することが可能となります。コム信号伝送に基づく概念的な利点に加え、小型化と経済効率の高い大量生産も、将来の波長分割多重トランシーバにとって重要な要素となります。

したがって、様々なコム信号発生器のコンセプトの中でも、チップレベルのデバイスは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、受信のための高度にスケーラブルな光集積回路と組み合わせることで、これらのデバイスは、光ファイバー1本あたり数十Tbit/sの伝送容量を備え、低コストで大量生産可能な、コンパクトで効率的な波長分割多重トランシーバーの鍵となる可能性があります。

送信端の出力では、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伝送されます。受信端では、波長分割多重受信機（WDM Rx）が、第2FCGのLO局部発振器を使用して多波長干渉を検出します。入力された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。その中で、局部発振器LOのデマルチプレックス周波数は、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性能は、明らかに基本的なコム信号発生器、特に各コムラインの光幅と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発展段階にあり、その応用シナリオと市場規模は比較的小さい。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、光伝送における大規模レベルの応用を実現できる可能性がある。