Optical frequency comb at optical transmission?

Alam natin na simula noong dekada 1990, ang teknolohiyang WDM wavelength division multiplexing ay ginagamit na para sa mga long-distance fiber optic 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, dahil sa mabilis na paglago ng mga bilis ng pagpapadala ng datos sa network tulad ng 5G, ang teknolohiyang WDM ay naging lalong mahalaga sa mga link na may maiikling distansya, at ang dami ng pag-deploy ng mga maiikling link ay mas malaki, na ginagawang mas sensitibo ang gastos at laki ng mga bahagi ng transceiver.

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

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

Sa kasong ito, ang frequency comb generator (FCG), bilang isang siksik at nakapirming multi-wavelength na pinagmumulan ng liwanag, ay maaaring magbigay ng malaking bilang ng mahusay na natukoy na mga optical carrier, kaya gumaganap ng isang mahalagang papel. Bukod pa rito, ang isang partikular na mahalagang bentahe ng optical frequency comb ay ang mga comb lines ay mahalagang equidistant sa frequency, na maaaring magrelaks sa mga kinakailangan para sa mga inter channel guard band at maiwasan ang frequency control na kinakailangan para sa mga single lines sa mga tradisyonal na scheme gamit ang DFB laser arrays.

Dapat tandaan na ang mga bentaheng 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 palitan ng isang comb generator. Ang paggamit ng mga LO comb generator ay maaaring higit pang mapadali ang digital signal processing sa mga wavelength division multiplexing channel, sa gayon ay binabawasan ang receiver complexity at pinapabuti ang phase noise tolerance.

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

Samakatuwid, sa iba't ibang konsepto ng comb signal generator, ang mga chip level device ay partikular na kapansin-pansin. Kapag isinama sa mga highly scalable photonic integrated circuits para sa data signal modulation, multiplexing, routing, at reception, ang mga naturang device ay maaaring maging susi sa compact at episyenteng wavelength division multiplexing transceivers na maaaring gawin sa malaking dami sa mababang halaga, na may kapasidad ng transmisyon na sampu-sampung Tbit/s bawat fiber.

Sa output ng sending end, ang bawat channel ay muling pinagsasama sa pamamagitan ng isang multiplexer (MUX), at ang wavelength division multiplexing signal ay ipinapadala sa pamamagitan ng single-mode fiber. Sa receiving end, ang wavelength division multiplexing receiver (WDM Rx) ay gumagamit ng LO local 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 ipinapadala sa isang coherent receiver array (Coh. Rx). Kabilang sa mga ito, ang demultiplexing frequency ng local oscillator LO ay ginagamit bilang phase reference para sa bawat coherent receiver. Ang performance ng wavelength division multiplexing link na ito ay malinaw na nakasalalay nang malaki sa basic comb signal generator, lalo na ang lapad ng liwanag at ang optical power ng bawat comb line.

Siyempre, ang teknolohiya ng optical frequency comb ay nasa yugto pa lamang 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, mababawasan ang mga gastos, at mapapabuti ang pagiging maaasahan, maaari nitong makamit ang mga aplikasyon sa antas ng saklaw sa optical transmission.