Як відомо, з 1990-х років технологія WDM (широкосмугового оптоволоконного зв'язку) використовується для створення волоконно-оптичних ліній зв'язку на великі відстані довжиною в сотні або навіть тисячі кілометрів. Для більшості регіонів країни волоконно-оптична інфраструктура є найдорожчим активом, тоді як вартість компонентів приймача-передавача є відносно низькою.
Однак, зі стрімким зростанням швидкості передачі даних у мережах, таких як 5G, технологія WDM стає дедалі важливішою також і в коротких лініях зв'язку, які розгортаються у значно більших обсягах і тому більш чутливі до вартості та розміру приймально-передавальних вузлів.
Наразі ці мережі все ще спираються на тисячі одномодових оптичних волокон, що передаються паралельно через канали просторового мультиплексування, з відносно низькими швидкостями передачі даних, що не перевищують кількох сотень Гбіт/с (800 Гбіт/с на канал), з невеликою кількістю можливих застосувань у Т-класі.
Однак, у найближчому майбутньому концепція загальної просторової паралелізації незабаром досягне меж своєї масштабованості та повинна буде бути доповнена спектральною паралелізацією потоків даних у кожному волокні, щоб підтримувати подальше збільшення швидкості передачі даних. Це може відкрити абсолютно новий простір застосування для технології WDM, де максимальна масштабованість з точки зору кількості каналів та швидкості передачі даних є вирішальною.
У цьому контексті,генератор оптичних частотних гребенів (ГЧГ)відіграє ключову роль як компактне, фіксоване джерело світла з багатьма довжинами хвиль, яке може забезпечити велику кількість чітко визначених оптичних носіїв. Крім того, особливо важливою перевагою оптичних частотних гребенів є те, що лінії гребінця мають власну рівновіддаленість за частотою, що зменшує вимогу до міжканальних захисних смуг та уникає регулювання частоти, яке було б необхідним для однієї лінії у звичайній схемі з використанням масиву DFB-лазерів.
Важливо зазначити, що ці переваги стосуються не лише передавачів WDM, але й їхніх приймачів, де масиви дискретних гетеродинів (LO) можна замінити одним гребінчастим генератором. Використання гребінчастих генераторів LO додатково полегшує цифрову обробку сигналів для каналів WDM, тим самим зменшуючи складність приймача та підвищуючи толерантність до фазового шуму.
Крім того, використання гребінчастих сигналів LO з фазовою синхронізацією для паралельного когерентного прийому навіть дозволяє реконструювати форму хвилі всього WDM-сигналу в часовій області, компенсуючи таким чином спотворення, спричинені оптичними нелінійностями в передавальному волокні. Окрім цих концептуальних переваг передачі сигналу на основі гребінки, менший розмір та економічно ефективне масове виробництво також є ключовими для майбутніх WDM-трансиверів.
Тому серед різних концепцій генераторів гребінчастих сигналів особливий інтерес представляють пристрої масштабу мікросхеми. У поєднанні з високомасштабованими фотонними інтегральними схемами для модуляції, мультиплексування, маршрутизації та прийому сигналів даних, такі пристрої можуть бути ключем до створення компактних, високоефективних WDM-трансиверів, які можна виготовляти у великих кількостях за низькою ціною, з пропускною здатністю до десятків Тбіт/с на волокно.
На наступному рисунку зображено схему передавача WDM, що використовує оптичну частотну гребінку FCG як джерело світла з багатьма довжинами хвиль. Сигнал гребінки FCG спочатку розділяється в демультиплексорі (DEMUX), а потім надходить на електрооптичний модулятор EOM. Через нього сигнал піддається вдосконаленій квадратурній амплітудній модуляції QAM для оптимальної спектральної ефективності (SE).
На виході передавача канали рекомбінуються в мультиплексорі (MUX), і сигнали WDM передаються по одномодовому оптоволокну. На приймальному кінці, приймач з поділом по довжинах хвиль (WDM Rx) використовує гетеродин LO другого FCG для багатохвильового когерентного детектування. Канали вхідних сигналів WDM розділяються демультиплексором і подаються на когерентну решітку приймача (Coh. Rx), де частота демультиплексування гетеродина LO використовується як фазовий орієнтир для кожного когерентного приймача. Продуктивність таких WDM-каналів, очевидно, значною мірою залежить від базового генератора гребінчастих сигналів, зокрема від ширини оптичної лінії та оптичної потужності на гребінчасту лінію.
Звичайно, технологія оптичного частотного гребінця все ще перебуває на стадії розробки, а її сценарії застосування та розмір ринку відносно невеликі. Якщо вона зможе подолати технічні вузькі місця, знизити витрати та підвищити надійність, тоді можна буде досягти масштабних застосувань в оптичній передачі.
Час публікації: 21 листопада 2024 р.