[論文レビュー] Optical data transmission at 44Tb/s and 10 bits/s/Hz over the C-band with standard fibre and a single micro-comb source

Bill Corcoran, Mengxi Tan+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2020

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 54被引用数 30

ひとこと要約

44.2 Tb/sのラインレートをC-band (1550 nm)上で、単一のマイクロコムのソリトン-クリスタル源を用いて示し、10.4 bits/s/Hzを達成し、ラボおよび現場試験で75 kmの伝送で誤り検出なしを達成。

ABSTRACT

Micro-combs [1 - 4], optical frequency combs generated by integrated micro-cavity resonators, offer the full potential of their bulk counterparts [5,6], but in an integrated footprint. The discovery of temporal soliton states (DKS dissipative Kerr solitons) [4,7-11] as a means of modelocking microcombs has enabled breakthroughs in many fields including spectroscopy [12,13], microwave photonics [14], frequency synthesis [15], optical ranging [16,17], quantum sources [18,19], metrology [20,21] and more. One of their most promising applications has been optical fibre communications where they have enabled massively parallel ultrahigh capacity multiplexed data transmission [22,23]. Here, by using a new and powerful class of microcomb called soliton crystals [11], we achieve unprecedented data transmission over standard optical fibre using a single integrated chip source. We demonstrate a line rate of 44.2 Terabits per second using the telecommunications C band at 1550nm with a spectral efficiency, a critically important performance metric, of 10.4 bits/s/Hz. Soliton crystals exhibit robust and stable generation and operation as well as a high intrinsic efficiency that, together with a low soliton microcomb spacing of 48.9 GHz enable the use of a very high coherent data modulation format of 64 QAM (quadrature amplitude modulated). We demonstrate error free transmission over 75 km of standard optical fibre in the laboratory as well as in a field trial over an installed metropolitan optical fibre network. These experiments were greatly aided by the ability of the soliton crystals to operate without stabilization or feedback control. This work demonstrates the capability of optical soliton crystal microcombs to perform in demanding and practical optical communications networks.

研究の動機と目的

• 標準ファイバーで超高容量光伝送を単一のマイクロコム源が実現できることを示す
• ソリトン-クリスタル・マイクロコムを活用して、フィードバック制御なしで安定かつ高次変調を実現する
• 設置済みファイバネットワークでの長距離・誤りのないデータ伝送を、現場試験を含めて実証する

提案手法

• 高コヒーレンスデータ変調を支える48.9 GHz間隔のソリトン-クリスタル・マイクロコムを使用
• 高スペクトル効率を達成するために、C-bandの1550 nmで最高64-QAMを用いて送信
• ラボおよび現場試験で44.2 Tb/sのラインレートと10.4 bits/s/Hzを実証
• 安定化・フィードバック制御なしで動作させ、ソースの頑健性を示す
• ラボ距離75 kmの標準ファイバーおよび大都市ネットワークでの性能を評価

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C-bandの標準光ファイバーで、単一のマイクロコム源がマルチテラビット毎秒のデータ伝送を実現できるか？
• RQ2 64-QAMのような高次変調を用いたソリトン-クリスタル・マイクロコムで、どの程度のスペクトル効率（bits/s/Hz）が達成可能か？
• RQ3 活性化制御なしで、実用距離（例：75 km）で誤りのない伝送が可能か？
• RQ4 ラボと現場のファイバー網で、ソリトン-クリスタル・マイクロコムはどのように性能を発揮するか？
• RQ5 高容量ファイバー通信における集積フォトニクスの実用的影響は何か？

主な発見

• C-bandで単一のマイクロコム源を用いて44.2 Tb/sのラインレートを達成
• スペクトル効率10.4 bits/s/Hzを達成
• ラボおよび現場試験で75 kmの標準ファイバー伝送で誤りのない伝送を実証
• 48.9 GHz間隔のソリトン結晶を用いて64-QAM変調を実現
• 安定化またはフィードバック制御なしの頑健な動作を観測