Wiemy, że od lat 90. XX wieku technologia zwielokrotnienia falowego WDM (Wave Division Multiplexing) jest wykorzystywana w dalekosiężnych łączach światłowodowych o długości setek, a nawet tysięcy kilometrów. W większości krajów i regionów infrastruktura światłowodowa jest najdroższym zasobem, podczas gdy koszt komponentów transceiverów jest stosunkowo niski.
Jednak wraz z eksplozywnym wzrostem prędkości transmisji danych w sieciach takich jak 5G, technologia WDM zyskała na znaczeniu w przypadku łączy krótkodystansowych. Ponadto, liczba wdrożeń łączy krótkodystansowych jest znacznie większa, co sprawia, że koszty i rozmiar komponentów nadawczo-odbiorczych stają się bardziej wrażliwe.
Obecnie sieci te nadal wykorzystują tysiące jednomodowych światłowodów do równoległej transmisji przez kanały multipleksowania z podziałem przestrzeni (SPM), a przepustowość każdego kanału jest stosunkowo niska, wynosząca maksymalnie kilkaset Gb/s (800 Gb/s). Poziom T może mieć ograniczone zastosowania.
Jednak w dającej się przewidzieć przyszłości koncepcja zwykłej paralelizacji przestrzennej wkrótce osiągnie granicę skalowalności i będzie musiała zostać uzupełniona o paralelizację widmową strumieni danych w każdym włóknie, aby utrzymać dalszą poprawę szybkości transmisji danych. Może to otworzyć zupełnie nowy obszar zastosowań dla technologii multipleksowania z podziałem długości fali, w którym maksymalna skalowalność liczby kanałów i szybkości transmisji danych ma kluczowe znaczenie.
W tym przypadku generator grzebienia częstotliwości (FCG), jako kompaktowe i stacjonarne źródło światła o wielu długościach fali, może zapewnić dużą liczbę dobrze zdefiniowanych nośnych optycznych, odgrywając tym samym kluczową rolę. Ponadto, szczególnie istotną zaletą grzebienia częstotliwości optycznej jest to, że linie grzebienia są zasadniczo równoodległe pod względem częstotliwości, co może złagodzić wymagania dotyczące międzykanałowych pasm ochronnych i uniknąć kontroli częstotliwości wymaganej dla pojedynczych linii w tradycyjnych systemach wykorzystujących matryce laserowe DFB.
Należy zauważyć, że zalety te dotyczą nie tylko nadajnika z multipleksowaniem z podziałem długości fali, ale także jego odbiornika, gdzie dyskretny układ lokalnych oscylatorów (LO) można zastąpić pojedynczym generatorem grzebieniowym. Zastosowanie generatorów grzebieniowych LO może dodatkowo usprawnić cyfrowe przetwarzanie sygnału w kanałach z multipleksowaniem z podziałem długości fali, zmniejszając tym samym złożoność odbiornika i poprawiając tolerancję szumu fazowego.
Ponadto, wykorzystanie sygnałów grzebieniowych LO z funkcją synchronizacji fazowej do równoległego, spójnego odbioru pozwala nawet na rekonstrukcję przebiegu w dziedzinie czasu całego sygnału z multipleksowaniem z podziałem długości fali, kompensując w ten sposób uszkodzenia spowodowane nieliniowością optyczną światłowodu transmisyjnego. Oprócz zalet koncepcyjnych wynikających z transmisji sygnału grzebieniowego, kluczowe dla przyszłych transceiverów z multipleksowaniem z podziałem długości fali są również mniejsze rozmiary i ekonomicznie wydajna produkcja na dużą skalę.
Dlatego też, spośród różnych koncepcji generatorów sygnału grzebieniowego, układy na poziomie chipa są szczególnie godne uwagi. W połączeniu z wysoce skalowalnymi fotonicznymi układami scalonymi do modulacji, multipleksowania, routingu i odbioru sygnału danych, takie urządzenia mogą stać się kluczem do kompaktowych i wydajnych transceiverów z multipleksowaniem z podziałem długości fali, które można produkować w dużych ilościach przy niskich kosztach, z przepustowością rzędu dziesiątek Tbit/s na włókno.
Na wyjściu nadajnika, każdy kanał jest rekombinowany przez multiplekser (MUX), a sygnał z multipleksowaniem z podziałem długości fali jest przesyłany światłowodem jednomodowym. Po stronie odbiorczej, odbiornik z multipleksowaniem z podziałem długości fali (WDM Rx) wykorzystuje lokalny oscylator LO drugiego generatora FCG do detekcji interferencji wielofalowej. Kanał wejściowego sygnału z multipleksowaniem z podziałem długości fali jest rozdzielany przez demultiplekser, a następnie przesyłany do spójnej matrycy odbiorników (Coh. Rx). Spośród nich, częstotliwość demultipleksowania lokalnego oscylatora LO jest wykorzystywana jako odniesienie fazy dla każdego spójnego odbiornika. Wydajność tego łącza z multipleksowaniem z podziałem długości fali zależy oczywiście w dużej mierze od podstawowego generatora sygnału grzebieniowego, w szczególności od szerokości wiązki i mocy optycznej każdej linii grzebieniowej.
Oczywiście technologia grzebienia częstotliwości optycznej jest wciąż w fazie rozwoju, a jej scenariusze zastosowań i wielkość rynku są stosunkowo niewielkie. Jeśli uda się jej pokonać wąskie gardła technologiczne, obniżyć koszty i poprawić niezawodność, może znaleźć zastosowanie na dużą skalę w transmisji optycznej.
Czas publikacji: 19 grudnia 2024 r.