Optical frequency comb at optical transmission?

Alam namin na mula noong 1990s, ang WDM wavelength division multiplexing technology ay ginamit para sa malayuang fiber optic na mga link na sumasaklaw sa daan-daan o kahit libu-libong kilometro. Para sa karamihan ng mga bansa at rehiyon, ang imprastraktura ng fiber optic ang kanilang pinakamahal na asset, habang ang halaga ng mga bahagi ng transceiver ay medyo mababa.

Gayunpaman, sa pagsabog na paglaki ng mga rate ng paghahatid ng data ng network tulad ng 5G, ang teknolohiya ng WDM ay naging lalong mahalaga sa mga link sa maikling distansya, at ang dami ng deployment ng mga maikling link ay mas malaki, na ginagawang mas sensitibo ang gastos at laki ng mga bahagi ng transceiver.

Sa kasalukuyan, umaasa pa rin ang mga network na ito sa libu-libong single-mode optical fibers para sa parallel transmission sa pamamagitan ng space division multiplexing channels, at ang rate ng data ng bawat channel ay medyo mababa, sa halos ilang daang Gbit/s (800G). Maaaring may limitadong mga aplikasyon ang T-level.

Ngunit sa nakikinita na hinaharap, malapit nang maabot ng konsepto ng ordinaryong spatial parallelization ang limitasyon sa scalability nito, at dapat na dagdagan ng spectrum parallelization ng mga stream ng data sa bawat fiber upang mapanatili ang karagdagang mga pagpapabuti sa mga rate ng data. Ito ay maaaring magbukas ng isang buong bagong puwang ng aplikasyon para sa wavelength division multiplexing technology, kung saan ang pinakamataas na scalability ng channel number at data rate ay mahalaga.

Sa kasong ito, ang frequency comb generator (FCG), bilang isang compact at fixed multi wavelength light source, ay maaaring magbigay ng isang malaking bilang ng mga mahusay na tinukoy na optical carrier, kaya gumaganap ng isang mahalagang papel. Bilang karagdagan, ang isang partikular na mahalagang bentahe ng optical frequency comb ay ang mga linya ng suklay ay mahalagang katumbas ng dalas, na maaaring makapagpahinga sa mga kinakailangan para sa mga inter channel guard band at maiwasan ang frequency control na kinakailangan para sa mga solong linya sa tradisyonal na mga scheme gamit ang DFB laser arrays.

Dapat tandaan na ang mga kalamangan na ito ay hindi lamang naaangkop sa transmitter ng wavelength division multiplexing, kundi pati na rin sa receiver nito, kung saan ang discrete local oscillator (LO) array ay maaaring mapalitan ng isang solong comb generator. Ang paggamit ng LO comb generators ay maaaring higit pang mapadali ang digital signal processing sa wavelength division multiplexing channels, sa gayon ay binabawasan ang pagiging kumplikado ng receiver at pagpapabuti ng phase noise tolerance.

Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga LO comb signal na may phase-locked function para sa parallel coherent na pagtanggap ay maaari pang buuin ang time-domain waveform ng buong wavelength division multiplexing signal, at sa gayon ay mabayaran ang pinsalang dulot ng optical nonlinearity ng transmission fiber. Bilang karagdagan sa mga konseptwal na bentahe batay sa paghahatid ng signal ng suklay, ang mas maliit na sukat at matipid na malakihang produksyon ay mga pangunahing salik din para sa hinaharap na wavelength division multiplexing transceiver.

Samakatuwid, sa iba't ibang konsepto ng comb signal generator, ang mga aparatong antas ng chip ay partikular na kapansin-pansin. Kapag isinama sa mataas na nasusukat na photonic integrated circuits para sa data signal modulation, multiplexing, routing, at reception, ang mga naturang device ay maaaring maging susi sa compact at efficient wavelength division multiplexing transceiver na maaaring gawin sa malalaking dami sa mababang halaga, na may kapasidad ng paghahatid na sampu-sampung Tbit/s bawat hibla.

Sa output ng dulo ng pagpapadala, ang bawat channel ay muling pinagsama sa pamamagitan ng isang multiplexer (MUX), at ang wavelength division multiplexing signal ay ipinapadala sa pamamagitan ng single-mode fiber. Sa dulo ng pagtanggap, ginagamit ng wavelength division multiplexing receiver (WDM Rx) ang LO lokal na oscillator ng pangalawang FCG para sa multi wavelength interference detection. Ang channel ng input wavelength division multiplexing signal ay pinaghihiwalay ng isang demultiplexer at pagkatapos ay ipinadala sa isang magkakaugnay na hanay ng receiver (Coh. Rx). Kabilang sa mga ito, ang dalas ng demultiplexing ng lokal na oscillator LO ay ginagamit bilang sanggunian ng phase para sa bawat magkakaugnay na tatanggap. Ang pagganap ng wavelength division multiplexing link na ito ay halatang nakadepende sa pangunahing comb signal generator, lalo na sa lapad ng liwanag at sa optical power ng bawat comb line.

Siyempre, ang teknolohiya ng optical frequency comb ay nasa yugto ng pag-unlad, at ang mga sitwasyon ng aplikasyon at laki ng merkado nito ay medyo maliit. Kung malalampasan nito ang mga teknolohikal na bottleneck, bawasan ang mga gastos, at pagbutihin ang pagiging maaasahan, maaari itong makamit ang mga aplikasyon sa antas ng sukat sa optical transmission.