[논문 리뷰] 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 Tan외 9명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 01.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 54인용 수 30

한 줄 요약

단일 마이크로콤 솔리톤-크리스탈 소스를 사용하여 C-band(1550 nm)에서 44.2 Tb/s의 라인 속도를 구현하고 10.4 bits/s/Hz를 달성했으며, 실험실 및 현장 시험에서 75 km의 무오차 전송을 달성.

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.

연구 동기 및 목표

• 단일 마이크로콤 소스가 표준 광섬유에서 초고용량 광 전송을 실현할 수 있음을 보여주다
• 피드백 제어 없이도 안정적이고 효율적이며 고차 모듈레이션을 가능하게 하는 솔리톤-크리스털 마이크로콤을 활용하다
• 설치된 광섬유 네트워크에서의 현장 시험을 포함한 장거리 무오차 데이터 전송을 입증하다

제안 방법

• 고일관성 데이터 모듈레이션을 지원하기 위해 48.9 GHz 간격의 솔리톤-크리스탈 마이크로콤을 사용하다
• 높은 스펙트럴 효율을 달성하기 위해 1550 nm의 C-band에서 최대 64-QAM으로 전송하다
• 실험실 및 현장 테스트에서 44.2 Tb/s 라인 속도와 10.4 bits/s/Hz를 입증하다
• 소스의 견고성을 보여주기 위해 안정화나 피드백 제어 없이 작동하다
• 표준 광섬유에서 75 km의 실험실 거리와 도시 네트워크에서의 성능을 평가하다

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 마이크로콤 소스가 C-band에서 표준 광섬유를 통해 다중 테라비트/초 데이터 전송을 달성할 수 있는가?
• RQ2 64-QAM과 같은 고차 모듈레이션을 사용하는 솔리톤-크리스털 마이크로콤으로 달성 가능한 스펙트럴 효율(bps/Hz)은 얼마인가?
• RQ3 활성 안정화 없이 단일 마이크로콤 소스로 실용적인 거리(예: 75 km)에서 무오차 전송이 가능한가?
• RQ4 실험실 대 현장 광섬유 네트워크에서 솔리톤-크리스털 마이크로콤의 성능 차이는 어떠한가?
• RQ5 고용량 광통신에서 집적 광자학의 실용적 시사점은 무엇인가?

주요 결과

• 단일 마이크로콤 소스를 사용하여 C-band에서 44.2 Tb/s 라인 속도를 달성
• 10.4 bits/s/Hz 스펙트럴 효율을 달성
• 실험실과 현장 시험에서 표준 광섬유 75 km 구간에 대한 무오차 전송을 입증
• 48.9 GHz 간격의 솔리톤 크리스탈을 사용하여 64-QAM 모듈레이션 가능
• 안정화나 피드백 제어 없이도 견고한 작동을 관찰