光周波数コムと光伝送？

ご存知の通り、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も及ぶ長距離光ファイバーリンクに利用されてきました。国内のほとんどの地域では、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におけるデータレートの爆発的な増加に伴い、WDM技術は短距離リンクにおいてもますます重要になってきている。短距離リンクははるかに大規模に展開されるため、送受信機アセンブリのコストとサイズに対してより敏感になる。

現在、これらのネットワークは依然として、空間分割多重方式のチャネルを通して並列に伝送される数千本のシングルモード光ファイバーに依存しており、チャネルあたりのデータレートはせいぜい数百Gbit/s（800G）と比較的低く、Tクラスで可能なアプリケーションはごくわずかである。

しかしながら、近い将来、共通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増加に対応するためには、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される必要が生じるだろう。これは、チャネル数とデータレートの両面で最大限の拡張性が不可欠となる、WDM技術の全く新しい応用分野を切り開く可能性がある。

この文脈では、光周波数コム発生器（FCG）は、コンパクトで固定された多波長光源として重要な役割を果たし、多数の明確な光キャリアを提供することができます。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間隔であるため、チャネル間のガードバンドの必要性が緩和され、DFBレーザーアレイを用いた従来の方式で単一ラインに必要となる周波数制御が不要になることです。

これらの利点はWDM送信機だけでなく受信機にも適用され、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点に留意することが重要です。LOコムジェネレータを使用することで、WDMチャネルの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、位相ノイズ耐性が向上します。

さらに、位相同期を用いたLOコム信号による並列コヒーレント受信は、WDM信号全体の時間領域波形を再構成することを可能にし、伝送ファイバーにおける光非線形性による劣化を補償します。コムベース信号伝送のこうした概念的な利点に加え、小型化とコスト効率の高い量産も、将来のWDM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、様々なコム信号発生器の概念の中でも、チップスケール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、低コストで大量生産が可能で、1本のファイバーあたり最大数十Tbit/sの伝送容量を持つ、小型で高効率なWDMトランシーバーを実現する鍵となる可能性がある。

次の図は、多波長光源として光周波数コムFCGを使用する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。EOMでは、信号は最適なスペクトル効率（SE）を得るために高度なQAM直交振幅変調を受けます。

送信機出口では、チャネルはマルチプレクサ（MUX）で再結合され、WDM信号はシングルモードファイバーを介して送信されます。受信側では、波長分割多重受信機（WDM Rx）が、第2FCGのLO局部発振器を使用して多波長コヒーレント検出を行います。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、コヒーレント受信アレイ（Coh. Rx）に供給されます。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。このようなWDMリンクの性能は、明らかに、基となるコム信号発生器、特に光線幅とコム線あたり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、その応用分野や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応用を実現できるだろう。