Optical frequency combs at optical transmission?

Tulad ng alam natin, mula noong 1990s, ang teknolohiyang WDM WDM ay ginagamit para sa mga long-haul na fiber-optic na link na daan-daan o kahit libu-libong kilometro. Para sa karamihan ng mga rehiyon ng bansa, ang imprastraktura ng hibla ay ang pinakamahal na asset nito, habang ang halaga ng mga bahagi ng transceiver ay medyo mababa.
Gayunpaman, sa pagsabog ng mga rate ng data sa mga network tulad ng 5G, ang teknolohiya ng WDM ay nagiging mas mahalaga din sa mga short-haul na link, na na-deploy sa mas malalaking volume at samakatuwid ay mas sensitibo sa gastos at laki ng mga transceiver assemblies.

Sa kasalukuyan, umaasa pa rin ang mga network na ito sa libu-libong single-mode optical fibers na ipinadala nang magkatulad sa pamamagitan ng mga channel ng space division multiplexing, na may medyo mababang rate ng data na hindi hihigit sa ilang daang Gbit/s (800G) bawat channel, na may maliit na bilang ng posibleng mga aplikasyon sa T-class.

Gayunpaman, sa nakikinita na hinaharap, ang konsepto ng karaniwang spatial parallelisation ay malapit nang maabot ang mga limitasyon ng scalability nito, at kailangang dagdagan ng spectral parallelisation ng mga stream ng data sa bawat fiber upang mapanatili ang karagdagang pagtaas sa mga rate ng data. Ito ay maaaring magbukas ng isang buong bagong espasyo sa aplikasyon para sa teknolohiya ng WDM, kung saan ang maximum na scalability sa mga tuntunin ng bilang ng mga channel at rate ng data ay mahalaga.

Sa kontekstong ito,ang optical frequency comb generator (FCG)gumaganap ng isang mahalagang papel bilang isang compact, fixed, multi-wavelength light source na maaaring magbigay ng isang malaking bilang ng mga mahusay na tinukoy na optical carrier. Bilang karagdagan, ang isang partikular na mahalagang bentahe ng optical frequency combs ay ang mga comb lines ay intrinsically equidistant in frequency, kaya nakakarelaks ang pangangailangan para sa inter-channel guard bands at iniiwasan ang frequency control na kakailanganin para sa isang linya sa isang conventional scheme gamit ang isang hanay ng mga DFB laser.

Mahalagang tandaan na ang mga kalamangan na ito ay nalalapat hindi lamang sa mga transmiter ng WDM kundi pati na rin sa kanilang mga receiver, kung saan ang mga discrete local oscillator (LO) array ay maaaring mapalitan ng isang generator ng suklay. Ang paggamit ng mga LO comb generator ay higit na nagpapadali sa digital signal processing para sa mga channel ng WDM, sa gayon ay binabawasan ang pagiging kumplikado ng receiver at pinapataas ang phase noise tolerance.

Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga LO comb signal na may phase-locking para sa parallel coherent na pagtanggap ay ginagawang posible na muling buuin ang time-domain waveform ng buong signal ng WDM, kaya nabayaran ang mga kapansanan na dulot ng optical nonlinearities sa transmission fiber. Bilang karagdagan sa mga konseptwal na bentahe ng paghahatid ng signal na nakabatay sa suklay, ang mas maliit na sukat at mass production na mas mura ay susi din para sa mga transceiver ng WDM sa hinaharap.
Samakatuwid, kabilang sa iba't ibang konsepto ng comb signal generator, ang mga chip-scale na device ay partikular na interesado. Kapag isinama sa mataas na nasusukat na photonic integrated circuit para sa data signal modulation, multiplexing, routing at reception, ang mga naturang device ay maaaring magkaroon ng susi sa compact, highly efficient WDM transceiver na maaaring gawa-gawa sa malalaking dami sa mababang halaga, na may mga kapasidad ng paghahatid na hanggang sampu. ng Tbit/s bawat hibla.

Ang sumusunod na figure ay naglalarawan ng isang schematic ng isang WDM transmitter gamit ang isang optical frequency comb FCG bilang isang multi-wavelength light source. Ang FCG comb signal ay unang pinaghihiwalay sa isang demultiplexer (DEMUX) at pagkatapos ay pumapasok sa isang EOM electro-optical modulator. Sa pamamagitan ng, ang signal ay sumasailalim sa advanced QAM quadrature amplitude modulation para sa pinakamainam na spectral efficiency (SE).

Sa labasan ng transmitter, ang mga channel ay muling pinagsama sa isang multiplexer (MUX) at ang mga signal ng WDM ay ipinapadala sa single mode fiber. Sa receiving end, ang wavelength division multiplexing receiver (WDM Rx), ay gumagamit ng LO local oscillator ng 2nd FCG para sa multiwavelength coherent detection. Ang mga channel ng input na mga signal ng WDM ay pinaghihiwalay ng isang demultiplexer at pinapakain sa magkakaugnay na hanay ng receiver (Coh. Rx). kung saan ang demultiplexing frequency ng lokal na oscillator LO ay ginagamit bilang isang phase reference para sa bawat magkakaugnay na receiver. Ang pagganap ng naturang mga link ng WDM ay malinaw na nakadepende sa isang malaking lawak sa pinagbabatayan na comb signal generator, lalo na ang lapad ng optical line at ang optical power sa bawat comb line.

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