Jak wiadomo, od lat 90. XX wieku technologia WDM (WDM) jest wykorzystywana do dalekosiężnych łączy światłowodowych o długości setek, a nawet tysięcy kilometrów. W większości regionów kraju infrastruktura światłowodowa jest najdroższym zasobem, a koszt komponentów nadawczo-odbiorczych jest stosunkowo niski.
Jednak wraz ze wzrostem szybkości transmisji danych w sieciach takich jak 5G, technologia WDM zyskuje coraz większe znaczenie również w łączach krótkodystansowych, które są wdrażane w znacznie większych ilościach i dlatego są bardziej wrażliwe na koszty i rozmiar zespołów transceiverów.
Obecnie sieci te nadal opierają się na tysiącach jednomodowych włókien optycznych przesyłanych równolegle kanałami z multipleksowaniem przestrzennym, ze stosunkowo niskimi szybkościami transmisji danych, wynoszącymi maksymalnie kilkaset Gbit/s (800G) na kanał, przy niewielkiej liczbie możliwych zastosowań w klasie T.
Jednak w dającej się przewidzieć przyszłości koncepcja wspólnej paralelizacji przestrzennej wkrótce osiągnie granice swojej skalowalności i będzie musiała zostać uzupełniona o paralelizację widmową strumieni danych w każdym włóknie, aby utrzymać dalszy wzrost szybkości transmisji danych. Może to otworzyć zupełnie nową przestrzeń zastosowań dla technologii WDM, w której maksymalna skalowalność pod względem liczby kanałów i szybkości transmisji danych ma kluczowe znaczenie.
W tym kontekście,generator grzebienia częstotliwości optycznej (FCG)Odgrywa kluczową rolę jako kompaktowe, stałe źródło światła o wielu długościach fali, które może zapewnić dużą liczbę dobrze zdefiniowanych nośnych optycznych. Ponadto, szczególnie ważną zaletą grzebieni częstotliwości optycznych jest to, że linie grzebieni są z natury jednakowo oddalone od siebie pod względem częstotliwości, co łagodzi wymóg stosowania międzykanałowych pasm ochronnych i eliminuje konieczność kontroli częstotliwości, która byłaby wymagana dla pojedynczej linii w konwencjonalnym schemacie wykorzystującym matrycę laserów DFB.
Należy zauważyć, że zalety te dotyczą nie tylko nadajników WDM, ale także ich odbiorników, gdzie dyskretne układy lokalnych oscylatorów (LO) można zastąpić pojedynczym generatorem grzebieniowym. Zastosowanie generatorów grzebieniowych LO dodatkowo ułatwia cyfrowe przetwarzanie sygnału w kanałach WDM, redukując tym samym złożoność odbiornika i zwiększając tolerancję na szum fazowy.
Ponadto, zastosowanie sygnałów grzebieniowych LO z synchronizacją fazową do równoległego, spójnego odbioru umożliwia nawet rekonstrukcję przebiegu w dziedzinie czasu całego sygnału WDM, kompensując w ten sposób zakłócenia spowodowane nieliniowościami optycznymi w światłowodzie transmisyjnym. Oprócz tych koncepcyjnych zalet transmisji sygnału w oparciu o grzebień, kluczowe dla przyszłych transceiverów WDM są również mniejsze rozmiary i ekonomiczna, masowa produkcja.
Dlatego spośród różnych koncepcji generatorów sygnału grzebieniowego, szczególnie interesujące są układy o skali chipowej. W połączeniu z wysoce skalowalnymi fotonicznymi układami scalonymi do modulacji, multipleksowania, routingu i odbioru sygnału danych, takie urządzenia mogą stanowić klucz do kompaktowych, wysoce wydajnych transceiverów WDM, które można produkować w dużych ilościach przy niskich kosztach, z przepustowością do kilkudziesięciu Tbit/s na włókno.
Poniższy rysunek przedstawia schemat nadajnika WDM wykorzystującego grzebień częstotliwości optycznej FCG jako wielodługościowe źródło światła. Sygnał grzebienia FCG jest najpierw rozdzielany w demultiplekserze (DEMUX), a następnie trafia do modulatora elektrooptycznego EOM. Następnie sygnał jest poddawany zaawansowanej kwadraturowej modulacji amplitudy QAM w celu uzyskania optymalnej wydajności widmowej (SE).
Na wyjściu nadajnika kanały są rekombinowane w multiplekserze (MUX), a sygnały WDM są transmitowane światłowodem jednomodowym. Po stronie odbiorczej odbiornik z multipleksowaniem z podziałem długości fali (WDM Rx) wykorzystuje lokalny oscylator LO drugiego FCG do detekcji koherentnej wielodługościowej. Kanały wejściowych sygnałów WDM są rozdzielane przez demultiplekser i podawane do koherentnej matrycy odbiorników (Coh. Rx), gdzie częstotliwość demultipleksowania lokalnego oscylatora LO jest wykorzystywana jako odniesienie fazowe dla każdego koherentnego odbiornika. Wydajność takich łączy WDM zależy oczywiście w dużym stopniu od generatora sygnału grzebieniowego, w szczególności od szerokości linii optycznej i mocy optycznej przypadającej na jedną linię grzebieniową.
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 techniczne, obniżyć koszty i poprawić niezawodność, możliwe będzie osiągnięcie zastosowań na skalę masową w transmisji optycznej.
Czas publikacji: 21-11-2024