Jak wiemy, od lat 90-tych XX wieku technologia WDM WDM jest stosowana w łączach światłowodowych dalekiego zasięgu liczących setki, a nawet tysiące kilometrów. Dla większości regionów kraju infrastruktura światłowodowa jest jego najdroższym aktywem, natomiast koszt elementów transceiverów jest relatywnie niski.
Jednak wraz z gwałtownym wzrostem szybkości transmisji danych w sieciach takich jak 5G technologia WDM staje się coraz ważniejsza również w przypadku łączy krótkodystansowych, które są wdrażane w znacznie większych ilościach i dlatego są bardziej wrażliwe na koszt i rozmiar zespołów urządzeń nadawczo-odbiorczych.
Obecnie sieci te w dalszym ciągu opierają się na tysiącach włókien światłowodowych jednomodowych transmitowanych równolegle kanałami multipleksowania z podziałem przestrzeni, przy stosunkowo niskich przepływnościach danych, najwyżej kilkuset Gbit/s (800G) na kanał, przy niewielkiej liczbie możliwych zastosowań w klasie T.
Jednak w dającej się przewidzieć przyszłości koncepcja powszechnej równoległości przestrzennej wkrótce osiągnie granice swojej skalowalności i będzie musiała zostać uzupełniona równoległością widmową strumieni danych w każdym włóknie, aby utrzymać dalszy wzrost szybkości transmisji danych. Może to otworzyć zupełnie nową przestrzeń zastosowań technologii WDM, w której kluczowa jest maksymalna skalowalność pod względem liczby kanałów i szybkości transmisji danych.
W tym kontekściegenerator grzebienia częstotliwości optycznej (FCG)odgrywa kluczową rolę jako kompaktowe, stałe źródło światła o wielu długościach fal, które może zapewnić dużą liczbę dobrze zdefiniowanych nośników optycznych. Ponadto szczególnie ważną zaletą grzebienia częstotliwości optycznych jest to, że linie grzebienia są wewnętrznie jednakowo oddalone pod względem częstotliwości, co łagodzi wymagania dotyczące międzykanałowych pasm ochronnych i pozwala uniknąć kontroli częstotliwości, która byłaby wymagana dla pojedynczej linii w konwencjonalnym schemacie przy użyciu szereg laserów DFB.
Należy zauważyć, że zalety te dotyczą nie tylko nadajników WDM, ale także ich odbiorników, w przypadku których tablice dyskretnych lokalnych oscylatorów (LO) można zastąpić pojedynczym generatorem grzebieniowym. Zastosowanie generatorów grzebieniowych LO dodatkowo ułatwia cyfrowe przetwarzanie sygnału dla kanałów WDM, zmniejszając w ten sposób złożoność odbiornika i zwiększając tolerancję szumu fazowego.
Ponadto zastosowanie sygnałów grzebieniowych LO z blokowaniem fazy w celu zapewnienia równoległego spójnego odbioru umożliwia nawet rekonstrukcję przebiegu w dziedzinie czasu całego sygnału WDM, kompensując w ten sposób zakłócenia spowodowane nieliniowością optyczną w światłowodzie transmisyjnym. Oprócz tych koncepcyjnych zalet transmisji sygnału grzebieniowego, kluczowe dla przyszłych transiwerów WDM są również mniejsze rozmiary i opłacalna produkcja masowa.
Dlatego spośród różnych koncepcji generatorów sygnału grzebieniowego szczególne zainteresowanie budzą urządzenia w skali chipowej. W połączeniu z wysoce skalowalnymi fotonicznymi układami scalonymi do modulacji, multipleksowania, routingu i odbioru sygnału danych, urządzenia takie mogą stanowić klucz do zbudowania kompaktowych, wysoce wydajnych transceiverów WDM, które można wytwarzać w dużych ilościach niskim kosztem, o zdolnościach transmisji do kilkudziesięciu Tbit/s na włókno.
Poniższy rysunek przedstawia schemat nadajnika WDM wykorzystującego grzebień częstotliwości optycznej FCG jako źródło światła o wielu długościach fal. Sygnał grzebieniowy FCG jest najpierw rozdzielany w demultiplekserze (DEMUX), a następnie wprowadzany do modulatora elektrooptycznego EOM. Sygnał poddawany jest zaawansowanej kwadraturowej modulacji amplitudy QAM w celu uzyskania optymalnej wydajności widmowej (SE).
Na wyjściu nadajnika kanały są rekombinowane w multiplekserze (MUX), a sygnały WDM transmitowane są światłowodem jednomodowym. Po stronie odbiorczej odbiornik z multipleksacją z podziałem długości fali (WDM Rx) wykorzystuje lokalny oscylator LO 2. FCG do spójnej detekcji wielu długości fal. Kanały wejściowych sygnałów WDM są oddzielane za pomocą demultipleksera i podawane do spójnego układu odbiorczego (Coh.Rx). gdzie częstotliwość demultipleksowania lokalnego oscylatora LO jest wykorzystywana jako odniesienie fazowe dla każdego spójnego odbiornika. Wydajność takich łączy WDM zależy oczywiście w dużym stopniu od podstawowego generatora sygnału grzebieniowego, w szczególności od szerokości linii optycznej i mocy optycznej na linię grzebieniową.
Oczywiście technologia optycznego grzebienia częstotliwości jest wciąż w fazie rozwoju, a scenariusze jej zastosowania i wielkość rynku są stosunkowo niewielkie. Jeśli uda mu się pokonać techniczne wąskie gardła, obniżyć koszty i poprawić niezawodność, możliwe będzie osiągnięcie zastosowań na poziomie skali w transmisji optycznej.
Czas publikacji: 21 listopada 2024 r