광 주파수 빗과 광 전송?

아시다시피, 1990년대부터 WDM(파장분할다중방식) 기술은 수백 또는 수천 킬로미터에 달하는 장거리 광섬유 링크에 사용되어 왔습니다. 전국 대부분 지역에서 광섬유 인프라는 가장 비싼 자산인 반면, 트랜시버 부품 비용은 상대적으로 낮습니다.
그러나 5G와 같은 네트워크에서 데이터 속도가 폭발적으로 증가함에 따라 WDM 기술은 단거리 링크에서도 점점 더 중요해지고 있습니다. 단거리 링크는 훨씬 더 많은 양으로 배포되기 때문에 트랜시버 어셈블리의 비용과 크기에 더 민감합니다.

현재 이러한 네트워크는 여전히 공간 분할 다중화 채널을 통해 병렬로 전송되는 수천 개의 단일 모드 광섬유에 의존하고 있으며, 채널당 최대 수백 Gbit/s(800G)의 비교적 낮은 데이터 전송 속도를 가지고 있으며, T-클래스에서 가능한 응용 프로그램의 수는 적습니다.

그러나 가까운 미래에 공통 공간 병렬화 개념은 곧 확장성의 한계에 도달할 것이며, 데이터 속도의 추가적인 증가를 감당하기 위해서는 각 파이버의 데이터 스트림에 대한 스펙트럼 병렬화로 보완되어야 할 것입니다. 이는 채널 수와 데이터 속도 측면에서 최대 확장성이 필수적인 WDM 기술의 완전히 새로운 응용 분야를 열어줄 수 있습니다.

이러한 맥락에서,광 주파수 빗 생성기(FCG)소형의 고정형 다파장 광원으로서 핵심적인 역할을 수행하며, 다수의 잘 정의된 광 캐리어를 제공할 수 있습니다. 또한, 광 주파수 빗살의 특히 중요한 장점은 빗살 선들이 본질적으로 주파수가 등거리에 있다는 점입니다. 따라서 채널 간 보호 대역에 대한 요구 사항이 완화되고, DFB 레이저 어레이를 사용하는 기존 방식에서 단일 선에 필요한 주파수 제어가 필요 없습니다.

이러한 장점은 WDM 송신기뿐만 아니라 수신기에도 적용된다는 점에 유의해야 합니다. 수신기에서는 개별 국부 발진기(LO) 어레이를 단일 빗살 발생기로 대체할 수 있습니다. LO 빗살 발생기를 사용하면 WDM 채널의 디지털 신호 처리가 더욱 용이해져 수신기 복잡성이 감소하고 위상 잡음 허용 오차가 증가합니다.

또한, 위상 동기를 갖춘 LO 빗살 신호를 병렬 코히어런트 수신에 사용하면 전체 WDM 신호의 시간 영역 파형을 재구성하여 전송 광섬유의 광학적 비선형성으로 인한 손실을 보상할 수 있습니다. 빗살 기반 신호 전송의 이러한 개념적 이점 외에도, 더 작은 크기와 비용 효율적인 대량 생산 또한 미래 WDM 트랜시버의 핵심 요소입니다.
따라서 다양한 빗살 신호 발생기 개념 중에서도 칩 스케일 소자가 특히 주목을 받고 있습니다. 데이터 신호 변조, 다중화, 라우팅 및 수신을 위한 고확장성 광자 집적 회로와 결합될 경우, 이러한 소자는 광섬유당 최대 수십 Tbit/s의 전송 용량을 가진, 저비용 대량 생산이 가능한 소형 고효율 WDM 송수신기의 핵심이 될 수 있습니다.

다음 그림은 광 주파수 빗(FCG)을 다중 파장 광원으로 사용하는 WDM 송신기의 개략도를 보여줍니다. FCG 빗 신호는 먼저 디멀티플렉서(DEMUX)에서 분리된 후 EOM 전기광학 변조기로 들어갑니다. 이 과정에서 신호는 최적의 스펙트럼 효율(SE)을 위해 고급 QAM 직교 진폭 변조를 거칩니다.

송신기 출구에서 채널들은 다중화기(MUX)에서 재결합되고, WDM 신호는 단일 모드 광섬유를 통해 전송됩니다. 수신단에서는 파장 분할 다중화 수신기(WDM Rx)가 다중 파장 코히어런트 검출을 위해 2차 FCG의 LO 국부 발진기를 사용합니다. 입력 WDM 신호의 채널들은 디멀티플렉서에 의해 분리되어 코히어런트 수신기 어레이(Coh. Rx)로 공급됩니다. 여기서 국부 발진기 LO의 디멀티플렉싱 주파수는 각 코히어런트 수신기의 위상 기준으로 사용됩니다. 이러한 WDM 링크의 성능은 기본적으로 콤 신호 발생기, 특히 광 선폭과 콤 선당 광 출력에 크게 좌우됩니다.

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