광 주파수 콤과 광 전송?

1990년대 이후 파장 분할 다중화(WDM) 기술이 수백, 심지어 수천 킬로미터에 달하는 장거리 광섬유 링크에 사용되어 왔다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 대부분의 국가와 지역에서 광섬유 인프라는 가장 값비싼 자산인 반면, 송수신기 부품의 비용은 상대적으로 저렴합니다.

하지만 5G와 같은 네트워크 데이터 전송 속도의 폭발적인 증가로 인해 WDM 기술은 단거리 링크에서 점점 더 중요해지고 있으며, 단거리 링크의 구축 규모가 훨씬 커짐에 따라 송수신기 부품의 비용과 크기에 더욱 민감해지고 있습니다.

현재 이러한 네트워크는 여전히 공간 분할 다중화 채널을 통한 병렬 전송을 위해 수천 개의 단일 모드 광섬유에 의존하고 있으며, 각 채널의 데이터 전송 속도는 상대적으로 낮아 최대 수백 기가비트/초(800G)에 불과합니다. T 레벨은 적용 분야가 제한적일 수 있습니다.

하지만 가까운 미래에 일반적인 공간 병렬화 개념은 곧 확장성 한계에 도달할 것이며, 데이터 전송 속도를 지속적으로 향상시키려면 각 광섬유에서 데이터 스트림의 스펙트럼 병렬화를 보완해야 할 것입니다. 이는 채널 수와 데이터 전송 속도의 최대 확장성이 중요한 파장 분할 다중화 기술에 완전히 새로운 응용 분야를 열어줄 수 있습니다.

이 경우, 소형 고정형 다중 파장 광원인 주파수 콤 발생기(FCG)는 다수의 잘 정의된 광 캐리어를 제공할 수 있으므로 매우 중요한 역할을 합니다. 또한, 광 주파수 콤의 특히 중요한 장점은 콤 라인들이 실질적으로 등간격으로 배치되어 있어 채널 간 가드 밴드 요구 사항을 완화하고 기존 DFB 레이저 어레이 방식에서 요구되는 단일 라인의 주파수 제어를 피할 수 있다는 점입니다.

이러한 장점은 파장 분할 다중화(WDM) 송신기뿐만 아니라 수신기에도 적용 가능하며, 수신기에서는 개별 국부 발진기(LO) 어레이를 단일 콤 발생기로 대체할 수 있다는 점에 주목해야 합니다. LO 콤 발생기를 사용하면 파장 분할 다중화 채널에서 디지털 신호 처리가 더욱 용이해져 수신기 복잡성이 감소하고 위상 잡음 내성이 향상됩니다.

또한, 위상 고정 기능을 갖춘 LO 콤 신호를 병렬 코히런트 수신에 사용하면 전체 파장 분할 다중화 신호의 시간 영역 파형을 재구성할 수 있어 전송 광섬유의 광학적 비선형성으로 인한 손상을 보상할 수 있습니다. 콤 신호 전송 기반의 개념적 이점 외에도 소형화 및 경제적인 대량 생산은 향후 파장 분할 다중화 송수신기의 핵심 요소입니다.

따라서 다양한 빗형 신호 발생기 개념 중에서도 칩 레벨 소자는 특히 주목할 만합니다. 데이터 신호 변조, 다중화, 라우팅 및 수신을 위한 확장성이 뛰어난 광자 집적 회로와 결합될 경우, 이러한 소자는 수십 테라비트/초의 전송 용량을 갖춘 소형 고효율 파장 분할 다중화 트랜시버를 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있도록 하는 데 핵심적인 역할을 할 수 있습니다.

송신단 출력에서 ​​각 채널은 멀티플렉서(MUX)를 통해 재결합되고, 파장 분할 다중화(WDM) 신호는 단일 모드 광섬유를 통해 전송됩니다. 수신단에서는 파장 분할 다중화 수신기(WDM Rx)가 두 번째 광섬유 콤(FCG)의 LO 국부 발진기를 사용하여 다중 파장 간섭을 검출합니다. 입력 파장 분할 다중화 신호의 채널은 디멀티플렉서를 통해 분리된 후 코히런트 수신기 어레이(Coh. Rx)로 전송됩니다. 이때, 각 코히런트 수신기는 국부 발진기 LO의 디멀티플렉싱 주파수를 위상 기준 신호로 사용합니다. 이러한 파장 분할 다중화 링크의 성능은 기본 콤 신호 발생기, 특히 광폭과 각 콤 라인의 광 출력에 크게 좌우됩니다.

물론 광 주파수 콤 기술은 아직 개발 단계에 있으며, 적용 시나리오와 시장 규모는 비교적 작습니다. 하지만 기술적 병목 현상을 극복하고, 비용을 절감하며, 신뢰성을 향상시킬 수 있다면 광 전송 분야에서 대규모 응용이 가능할 것입니다.