光周波数コムと光伝送？

1990年代以降、波長分割多重（WDM）技術は、数百キロメートル、あるいは数千キロメートルにも及ぶ長距離光ファイバーリンクに利用されてきたことは周知の事実です。ほとんど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る一方、送受信機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増加に伴い、WDM技術は短距離リンクにおいてますます重要になり、短距離リンクの展開規模も大幅に拡大したため、送受信機部品のコストとサイズに対する感度が高まっている。

現在、これらのネットワークは依然として数千本のシングルモード光ファイバーに依存しており、空間分割多重チャネルを介した並列伝送が行われています。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）程度です。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拡張性の限界に達し、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によって補完される必要があるでしょう。これは、チャネル数とデータレートの最大拡張性が極めて重要な波長分割多重技術にとって、全く新しい応用分野を開拓する可能性があります。

この場合、周波数コム発生器（FCG）は、小型で固定型の多波長光源として、多数の明確な光キャリアを提供できるため、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​​インの周波数間隔がほぼ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を緩和し、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ある。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る。LOコムジェネレータを使用することで、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、受信機の複雑さを軽減し、位相ノイズ耐性を向上させることができる。

さらに、位相同期機能を備えたLOコム信号を用いた並列コヒーレント受信により、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、伝送ファイバーの光非線形性による損傷を補償できます。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です。

したがって、様々なコム信号発生器の概念の中でも、チップレベルのデバイスは特に注目に値する。データ信号の変調、多重化、ルーティング、受信のための拡張性の高いフォトニック集積回路と組み合わせることで、このようなデバイスは、1本のファイバーあたり数十Tbit/sの伝送容量を持ち、低コストで大量生産可能な、小型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る。

送信側では、各チャネルがマルチプレクサ（MUX）によって再結合され、波長分割多重信号がシングルモードファイバーを通して伝送されます。受信側では、波長分割多重受信機（WDM Rx）が第2FCGのLO局部発振器を用いて多波長干渉検出を行います。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）に送られます。ここで、各コヒーレント受信機の位相基準として、局部発振器LOのデマルチプレクサ周波数が使用されます。この波長分割多重リンクの性能は、基本コム信号発生器、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開発段階にあり、その応用分野や市場規模は比較的小さい。しかし、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応用を実現できる可能性がある。