論文の概要: Programmable Photonic Unitary Processor Enables Parametrized Differentiable Long-Haul Spatial Division Multiplexed Transmission

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.17381v1
• Date: Fri, 23 May 2025 01:35:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-26 18:08:33.758952
• Title: Programmable Photonic Unitary Processor Enables Parametrized Differentiable Long-Haul Spatial Division Multiplexed Transmission
• Title（参考訳）: 可変長ハール空間分割多重伝送が可能なプログラマブルフォトニックユニタリプロセッサ
• Authors: Mitsumasa Nakajima, Kohki Shibahara, Kohei Ikeda, Akira Kawai, Masaya Notomi, Yutaka Miyamoto, Toshikazu Hashimoto,
• Abstract要約: マルチコアファイバやマルチモードファイバを用いた空間分割多重化(SDM)は,単一モードファイバの容量限界を克服するための有望な解である。 長距離SDM伝送は、モード分散による大きな課題に直面している。 我々は、中間ノードにプログラム可能なフォトニックユニタリプロセッサをインストールしたパラメータ化SDM伝送を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.602614049977146
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: The explosive growth of global data traffic demands scalable and energy-efficient optical communication systems. Spatial division multiplexing (SDM) using multicore or multimode fibers is a promising solution to overcome the capacity limit of single-mode fibers. However, long-haul SDM transmission faces significant challenges due to modal dispersion, which imposes heavy computational loads on digital signal processing (DSP) for signal equalization. Here, we propose parameterized SDM transmission, where programmable photonic unitary processors are installed at intermediate nodes. Instead of relying on conventional digital equalization only on the receiver side, our approach enables direct optimization of the SDM transmission channel itself by the programmable unitary processor, which reduces digital post-processing loads. We introduce a gradient-based optimization algorithm using a differentiable SDM transmission model to determine the optimal unitary transformation. As a key enabler, we first implemented telecom-grade programmable photonic unitary processor, achieving a low-loss (2.1 dB fiber-to-fiber), wideband (full C-band), polarization-independent, and high-fidelity (R2>96% across the C-band) operation. We experimentally demonstrate 1300-km transmission using a three-mode fiber, achieving strong agreement between simulation and experiment. The optimized photonic processor significantly reduces modal dispersion and post-processing complexity. Our results establish a scalable framework for integrating photonic computation into the optical layer, enabling more efficient, high-capacity optical networks.
• Abstract（参考訳）: グローバルデータトラフィックの爆発的な成長は、スケーラブルでエネルギー効率の良い光通信システムを必要とする。 マルチコアファイバやマルチモードファイバを用いた空間分割多重化(SDM)は,単一モードファイバの容量限界を克服するための有望な解である。 しかし、長距離SDM伝送は、信号の等化のためにデジタル信号処理(DSP)に重い計算負荷を課すため、大きな課題に直面している。 本稿では、中間ノードにプログラマブルフォトニックユニタリプロセッサをインストールしたパラメータ化SDM伝送を提案する。 本手法では,従来のディジタル等化を受信側のみに頼らず,プログラマブルユニタリプロセッサによるSDM伝送チャネル自体の直接最適化が可能であり,デジタル後処理負荷を低減できる。 微分可能なSDM伝送モデルを用いて勾配に基づく最適化アルゴリズムを導入し、最適なユニタリ変換を決定する。 まず,低損失(2.1dBファイバ),広帯域(フルCバンド),偏光非依存,高忠実(Cバンド全体でR2>96%)を実現した。 我々は3モードファイバを用いた1300kmの伝送実験を行い,シミュレーションと実験の強い一致を実現した。 最適化されたフォトニックプロセッサは、モード分散と後処理の複雑さを著しく低減する。 本研究は,光学層にフォトニック計算を統合するためのスケーラブルなフレームワークを構築し,より効率的で高容量な光ネットワークを実現する。

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