Multi-Tone Optical Source Generation for Applications in Next-Generation Passive Optical Networks using Photonic Structures

Generación de fuentes ópticas multitono para aplicaciones en redes ópticas pasivas de próxima generación usando estructuras fotónicas

Este estudio presenta el diseño y la simulación de una fuente óptica multiportadora integrada con un ancho de banda de 227 GHz para aplicaciones de red óptica pasiva (PON). La generación del peine óptico mediante una estructura fotónica conocida como micro-resonador anular fabricada en nitruro de silicio (Si3N4) facilita la reducción de costes cuando se produce a gran escala. Además, el peine óptico generado consigue tonos no uniformes en términos de relación señal/ruido óptica (OSNR), lo que permite la asignación dinámica de portadoras a clientes retenibles en función de los requisitos de velocidad de datos y distancia de transmisión. El diseño y la simulación demuestran la generación de peines de frecuencias con portadoras ópticas en un rango de 5-40 tonos, un rango OSNR de 20-80 dB, y un rango espectral libre (FSR) de 50-3 610 GHz. Para conseguir estas características, se propone un diseño geométrico del dispositivo y se describe su respuesta a variaciones de los parámetros del láser de entrada. En resumen, el dispositivo utiliza dos microrresonadores ópticos con radios de 100 y 450 µm y controla la potencia y la sintonización de los parámetros del láser. El método propuesto permite generar una trayectoria determinista y fiable de los peines de frecuencia. Por último, se prueban las características de los peines obtenidos para determinar su uso potencial en transmisiones PON.

INTRODUCCIÓN

Una red óptica pasiva (PON) es una red de fibra que no necesita amplificación ni elementos de potencia para transmitir información. Esta red utiliza una topología punto a multipunto y divisores ópticos para transmitir datos desde un único punto a varios extremos. En comparación con una red óptica activa, la alimentación sólo es necesaria en los extremos emisor y receptor, por lo que esta red ofrece eficiencia y bajos costes de implantación (Van Veen, 2020). La creciente demanda de clientes retenibles ha permitido la evolución de las PON en las últimas décadas. Los avanzados formatos de modulación implicados en el proceso y el uso de tecnologías ópticas coherentes han permitido optimizar el espectro y aumentar la velocidad de las redes (Van Veen, 2020; Serpa et al., 2021). Así pues, se han abierto muchas posibilidades para que las nuevas tecnologías desarrollen tareas de optimización sin que ello suponga un aumento de los costes. Los importantes avances en dispositivos fotónicos han permitido el desarrollo de circuitos integrados para el procesamiento digital óptico. Un ejemplo de ello es la generación de fuentes ópticas multiportadora, filtrado, amplificación y otras tareas. Estos dispositivos ayudan a reducir los costes de implementación y, al mismo tiempo, optimizan el espacio necesario, aumentando así la eficiencia de varias actividades (Van Veen, 2020; Komagata et al., 2021).