光周波数コムと光伝送?

ご存知のとおり、1990 年代以来、WDM WDM テクノロジーは数百、さらには数千キロメートルの長距離光ファイバー リンクに使用されてきました。国内のほとんどの地域では、ファイバー インフラストラクチャが最も高価な資産である一方、トランシーバー コンポーネントのコストは比較的低いです。
しかし、5G などのネットワークのデータ レートの爆発的な増加に伴い、短距離リンクでも WDM テクノロジの重要性がますます高まっています。短距離リンクは、はるかに大容量で導入されるため、トランシーバ アセンブリのコストとサイズの影響をより受けやすくなります。

現在、これらのネットワークは依然として、空間分割多重のチャネルを介して並列伝送される何千ものシングルモード光ファイバに依存しており、データ レートはチャネルあたり最大でも数百 Gbit/s (800G) と比較的低く、使用可能なデータ レートは少数です。 Tクラスのアプリケーション。

しかし、予見可能な将来、共通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 レートのさらなる増加を維持するには、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 レートの点で最大限の拡張性が重要となる WDM テクノロジ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。

この文脈では、光周波数コム発生器 (FCG)は、明確に定義された多数の光キャリアを提供できる、コンパクトで固定された多波長光源として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、コム線が本質的に周波数において等距離であるため、チャネル間のガードバンドの要件が緩和され、従来の方式で単一回線に必要となる周波数制御が回避されることです。 DFB レーザーのアレイ。

これらの利点は WDM 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することが重要です。 LO コム発生器を使用すると、WDM チャネル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、並列コヒーレント受信に位相ロックを備えた LO コム信号を使用すると、WDM 信号全体の時間領域波形を再構築することも可能になり、伝送ファイバの光学的非線形性によって引き起こされる障害を補償できます。コムベースの信号伝送の概念的な利点に加えて、サイズの小型化とコスト効率の高い大量生産も将来の WDM トランシーバーの鍵となります。
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、チップスケール デバイスが特に興味深いものとなっています。データ信号の変調、多重化、ルーティング、および受信用の拡張性の高いフォトニック集積回路と組み合わせると、このようなデバイスは、最大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高効率の WDM トランシーバの鍵を握る可能性があります。ファイバー当たりの Tbit/s。

次の図は、光周波数コム FCG を多波長光源として使用する WDM 送信機の概略図を示しています。FCG コム信号は、まずデマルチプレクサ (DEMUX) で分離され、次に EOM 電気光学変調器に入力されます。これにより、信号は高度な QAM 直交振幅変調を受け、最適なスペクトル効率 (SE) が実現されます。

送信機の出口では、チャネルがマルチプレクサ (MUX) で再結合され、WDM 信号がシングル モード ファイバを介して送信されます。受信側の波長分割多重受信機 (WDM Rx) は、多波長コヒーレント検出に 2 番目の FCG の LO 局部発振器を使用します。入力 WDM 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) に供給されます。ここで、局部発振器 LO の逆多重化周波数は、各コヒーレント受信機の位相基準として使用されます。このような WDM リンクのパフォーマンスは、基礎となるコム信号発生器、特に光線幅とコム線ごとの光パワーに大きく依存することは明らかです。

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、光伝送における大規模なアプリケーションを実現することが可能になります。