Characterization and design of multifunction photonic devices for next-generation fiber-to-the-home optical network units
Authors:   , Schrenk Bernhard 
Published: October 2023

El estudio e investigación en el campo de las redes ópticas de acceso han sido fomentadas en años recientes debido a la continua migración de Servicios multimedia que son ofrecidos a través de Internet. Aunque los dispositivos utilizados para implementar Fiber-to-the-Home (fibra a casa), que reemplazan las soluciones tradicionales basadas en cable de cobre, están basadas aún en micro-óptica, se puede prever una evolución hacia integración fotónica. Todavía queda la pregunta acerca de los diseños necesarios para este paso importante de integración, que debe ser optimizado en términos del desempeño de transmisión, eficiencia energética y costo con el fin de lograr todos los requerimientos de las redes fotónicas de siguiente generación.

Como elemento más crítico en las redes de acceso ópticas es el equipo en los clientes, este trabajo se centra en éste. Los temes cubiertos abarcan una gama amplia e incluyen: el reciclado de longitudes de onda para transmisión de datos en full-dúplex a través de una sola frecuencia óptica; la generación de formatos de modulación avanzados con moduladores semiconductores de bajo costo y factor pequeño de integración; soporte de amplificación óptica a través de técnicas de sembrado y el soporte de funcionalidades de capes superiores en la capa física.

Después de la prueba principal de las técnicas propuestas, se resaltan los beneficios, impedimentos y caminos de reemplazo hacia sistemas fotónicos multifuncionales a través de casos de estudio. Por su parte, los diseños más representativos se profundizan más sobre todo por su posibilidad de ser integrados fotónicamente.

Optical access technology has experienced a boost in the last years, thanks to the continuously migrating multimedia services that are offered over the internet. Though the devices used for deploying Fiber-to-the-Home instead of traditional copper-based solutions are still based on micro-optics, an evolution towards photonic integration can be foreseen. What remains is the question about the exact designs for this important step of integration, which should be optimized in terms of transmission performance, energy efficiency and cost to address all requirements of next-generation photonic networks.

As the most critical element in optical access, the customer premises equipment is in primary focus of this discussion. The covered topics span over a wide range and include wavelength recycling for full-duplex data transmission on a single optical frequency, the generation of advanced modulation formats with low-cost semiconductor modulators with small form factor, support for optical amplification by means of seeding techniques and the support of higher layer functionality at the physical layer.

Next to the principal proof of the proposed techniques, the benefits, impediments and upgrade paths towards multifunctional photonic systems are highlighted in different case studies, while the most representative designs are further discussed in their capability of being photonically integrated.