Mga optical frequency comb at optical transmission?

Gaya ng alam natin, mula pa noong dekada 1990, ang teknolohiyang WDM ay ginagamit na para sa mga malalayong koneksyon ng fiber-optic na daan-daan o kahit libu-libong kilometro. Para sa karamihan ng mga rehiyon ng bansa, ang imprastraktura ng fiber ang pinakamahal nitong asset, habang ang halaga ng mga bahagi ng transceiver ay medyo mababa.
Gayunpaman, dahil sa pagtaas ng mga rate ng data sa mga network tulad ng 5G, ang teknolohiyang WDM ay nagiging lalong mahalaga rin sa mga short-haul link, na inilalagay sa mas malalaking volume at samakatuwid ay mas sensitibo sa gastos at laki ng mga transceiver assembly.

Sa kasalukuyan, ang mga network na ito ay umaasa pa rin sa libu-libong single-mode optical fibers na ipinapadala nang parallel sa pamamagitan ng mga channel ng space division multiplexing, na may medyo mababang data rates na hindi hihigit sa ilang daang Gbit/s (800G) bawat channel, na may maliit na bilang ng mga posibleng 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 data stream sa bawat fiber upang mapanatili ang karagdagang pagtaas sa mga data rates. Maaari itong magbukas ng isang bagong espasyo para sa aplikasyon para sa teknolohiya ng WDM, kung saan ang pinakamataas na scalability sa mga tuntunin ng bilang ng mga channel at data rate ay mahalaga.

Sa kontekstong ito,ang optical frequency comb generator (FCG)Ang optical frequency combs ay gumaganap ng mahalagang papel bilang isang siksik, nakapirming, at maraming wavelength na pinagmumulan ng liwanag na maaaring magbigay ng maraming bilang ng mahusay na natukoy na mga optical carrier. Bukod pa rito, ang isang partikular na mahalagang bentahe ng optical frequency combs ay ang mga comb lines ay intrinsically equidistant sa frequency, kaya niluluwagan ang pangangailangan para sa mga inter-channel guard band at iniiwasan ang frequency control na kakailanganin para sa isang linya sa isang kumbensyonal na pamamaraan gamit ang isang array ng mga DFB laser.

Mahalagang tandaan na ang mga bentaheng ito ay hindi lamang naaangkop sa mga WDM transmitter kundi pati na rin sa kanilang mga receiver, kung saan ang mga discrete local oscillator (LO) array ay maaaring palitan ng isang comb generator. Ang paggamit ng mga LO comb generator ay lalong nagpapadali sa digital signal processing para sa mga WDM channel, sa gayon ay binabawasan ang receiver complexity at pinapataas ang phase noise tolerance.

Bukod pa rito, ang paggamit ng mga LO comb signal na may phase-locking para sa parallel coherent reception ay nagbibigay-daan pa nga upang muling buuin ang time-domain waveform ng buong WDM signal, sa gayon ay nababalanse ang mga kapansanan na dulot ng optical nonlinearities sa transmission fiber. Bukod pa sa mga konseptwal na bentahe ng comb-based signal transmission, ang mas maliit na sukat at cost-effective na mass production ay susi rin para sa mga WDM transceiver sa hinaharap.
Samakatuwid, sa iba't ibang konsepto ng comb signal generator, ang mga chip-scale device ay partikular na interesante. 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 mga compact at highly efficient na WDM transceiver na maaaring gawin sa malalaking dami sa mababang gastos, na may mga kapasidad ng transmission na hanggang sampu-sampung Tbit/s bawat fiber.

Ang sumusunod na pigura ay naglalarawan ng isang eskematiko 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 nito, ang signal ay isinasailalim sa advanced QAM quadrature amplitude modulation para sa pinakamainam na spectral efficiency (SE).

Sa labasan ng transmitter, ang mga channel ay muling pinagsasama sa isang multiplexer (MUX) at ang mga WDM 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 2nd FCG para sa multiwavelength coherent detection. Ang mga channel ng input WDM signal ay pinaghihiwalay ng isang demultiplexer at pinapakain sa coherent receiver array (Coh. Rx), kung saan ang demultiplexing frequency ng local oscillator LO ay ginagamit bilang phase reference para sa bawat coherent receiver. Ang performance ng mga naturang WDM link ay malinaw na nakadepende sa malaking bahagi sa pinagbabatayang comb signal generator, partikular na ang optical line width at ang optical power kada 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 teknikal na bottleneck, mababawasan ang mga gastos at mapapabuti ang pagiging maaasahan, posible na makamit ang mga aplikasyon sa antas ng saklaw sa optical transmission.