광 주파수 빗과 광 전송?

1990년대부터 WDM 파장 분할 다중화(WDM) 기술은 수백 또는 수천 킬로미터에 달하는 장거리 광섬유 링크에 사용되어 왔습니다. 대부분의 국가와 지역에서 광섬유 인프라는 가장 비싼 자산인 반면, 트랜시버 부품 비용은 상대적으로 낮습니다.

그러나 5G와 같은 네트워크 데이터 전송 속도가 폭발적으로 증가함에 따라 단거리 링크에서 WDM 기술의 중요성이 점점 커지고 있으며, 단거리 링크의 배치 규모도 훨씬 커져서 트랜시버 구성 요소의 비용과 크기가 더욱 민감해졌습니다.

현재 이러한 네트워크는 공간 분할 다중화(SDM) 채널을 통한 병렬 전송을 위해 수천 개의 단일 모드 광섬유에 의존하고 있으며, 각 채널의 데이터 전송 속도는 최대 수백 Gbit/s(800G)에 불과합니다. T-레벨은 적용 범위가 제한될 수 있습니다.

하지만 가까운 미래에는 일반적인 공간 병렬화 개념이 곧 확장성 한계에 도달할 것이며, 데이터 전송 속도의 추가적인 향상을 유지하기 위해서는 각 광섬유의 데이터 스트림에 대한 스펙트럼 병렬화가 보완되어야 합니다. 이는 채널 수와 데이터 전송 속도의 최대 확장성이 필수적인 파장 분할 다중화(WDM) 기술의 완전히 새로운 응용 분야를 열어줄 수 있습니다.

이 경우, 소형 고정형 다파장 광원인 주파수 빗 생성기(FCG)는 다수의 잘 정의된 광 반송파를 제공하여 중요한 역할을 수행할 수 있습니다. 또한, 광 주파수 빗의 특히 중요한 장점은 빗 선로의 주파수 간격이 본질적으로 동일하다는 점입니다. 이는 채널 간 보호 대역에 대한 요건을 완화하고 DFB 레이저 어레이를 사용하는 기존 방식에서 단일 선로에 필요한 주파수 제어를 피할 수 있습니다.

이러한 장점은 파장 분할 다중화(WDM) 송신기뿐만 아니라 수신기에도 적용 가능합니다. 수신기에서는 개별 국부 발진기(LO) 어레이를 단일 빗살 발생기로 대체할 수 있습니다. LO 빗살 발생기를 사용하면 파장 분할 다중화 채널에서 디지털 신호 처리를 더욱 용이하게 하여 수신기 복잡성을 줄이고 위상 잡음 허용 오차를 향상시킬 수 있습니다.

또한, 위상 고정 기능을 갖춘 LO 콤 신호를 병렬 코히어런트 수신에 사용하면 전체 파장 분할 다중화 신호의 시간 영역 파형을 재구성하여 전송 광섬유의 광학적 비선형성으로 인한 손상을 보상할 수 있습니다. 콤 신호 전송에 기반한 개념적 이점 외에도, 더 작은 크기와 경제적으로 효율적인 대량 생산은 미래 파장 분할 다중화 송수신기의 핵심 요소입니다.

따라서 다양한 빗살 신호 발생기 개념 중 칩 레벨 소자는 특히 주목할 만합니다. 데이터 신호 변조, 다중화, 라우팅 및 수신을 위한 고확장성 광자 집적 회로와 결합될 경우, 이러한 소자는 광섬유당 수십 Tbit/s의 전송 용량을 가진, 저비용 대량 생산이 가능한 소형의 효율적인 파장 분할 다중화(WDM) 송수신기의 핵심이 될 수 있습니다.

송신단 출력에서 ​​각 채널은 다중화기(MUX)를 통해 재결합되고, 파장 분할 다중화 신호는 단일 모드 광섬유를 통해 전송됩니다. 수신단에서 파장 분할 다중화 수신기(WDM Rx)는 다중 파장 간섭 검출을 위해 두 번째 FCG의 LO 국부 발진기를 사용합니다. 입력 파장 분할 다중화 신호의 채널은 역다중화기에 의해 분리된 후 코히어런트 수신기 어레이(Coh. Rx)로 전송됩니다. 이 중 국부 발진기 LO의 역다중화 주파수는 각 코히어런트 수신기의 위상 기준으로 사용됩니다. 이 파장 분할 다중화 링크의 성능은 기본 빗살 신호 발생기, 특히 빛의 폭과 각 빗살 선의 광 출력에 크게 좌우됩니다.

물론, 광 주파수 빗 기술은 아직 개발 단계에 있으며, 그 응용 분야와 시장 규모는 상대적으로 작습니다. 하지만 기술적 병목 현상을 극복하고 비용을 절감하며 신뢰성을 향상시킬 수 있다면, 광 전송 분야에서 대규모 응용을 달성할 수 있을 것입니다.