Optický frekvenčný hrebeň a optický prenos?

Vieme, že od 90. rokov 20. storočia sa technológia vlnového multiplexovania WDM používa pre diaľkové optické spojenia, ktoré siahajú stovky alebo dokonca tisíce kilometrov. Pre väčšinu krajín a regiónov je optická infraštruktúra ich najdrahším aktívom, zatiaľ čo náklady na komponenty transceivera sú relatívne nízke.

Avšak s explozívnym rastom rýchlosti prenosu dát v sieťach, ako je 5G, sa technológia WDM stáva čoraz dôležitejšou v krátkych spojoch a objem nasadenia krátkych spojov je oveľa väčší, čo zvyšuje citlivosť nákladov a veľkosti komponentov transceivera.

V súčasnosti sa tieto siete stále spoliehajú na tisíce jednomódových optických vlákien pre paralelný prenos cez kanály s priestorovým multiplexovaním a dátová rýchlosť každého kanála je relatívne nízka, maximálne niekoľko stoviek Gbit/s (800G). Úroveň T môže mať obmedzené využitie.

Ale v dohľadnej budúcnosti koncept bežnej priestorovej paralelizácie čoskoro dosiahne svoj limit škálovateľnosti a bude musieť byť doplnený spektrálnou paralelizáciou dátových tokov v každom vlákne, aby sa udržalo ďalšie zlepšenie prenosových rýchlostí. To môže otvoriť úplne nový aplikačný priestor pre technológiu vlnového multiplexovania, kde je kľúčová maximálna škálovateľnosť počtu kanálov a prenosovej rýchlosti.

V tomto prípade môže generátor frekvenčného hrebeňa (FCG) ako kompaktný a fixný viacvlnový svetelný zdroj poskytnúť veľký počet dobre definovaných optických nosičov, a tým zohráva kľúčovú úlohu. Okrem toho je obzvlášť dôležitou výhodou optického frekvenčného hrebeňa to, že hrebeňové vedenia sú v podstate frekvenčne rovnako vzdialené, čo môže zmierniť požiadavky na ochranné pásma medzi kanálmi a vyhnúť sa frekvenčnému riadeniu potrebnému pre jednotlivé vedenia v tradičných schémach využívajúcich laserové polia DFB.

Treba poznamenať, že tieto výhody sa netýkajú len vysielača s vlnovým multiplexovaním, ale aj jeho prijímača, kde je možné pole diskrétnych lokálnych oscilátorov (LO) nahradiť generátorom s jedným hrebeňom. Použitie hrebeňových generátorov LO môže ďalej uľahčiť digitálne spracovanie signálu v kanáloch vlnového multiplexovania, čím sa znižuje zložitosť prijímača a zlepšuje sa tolerancia fázového šumu.

Okrem toho, použitie hrebeňových signálov LO s funkciou fázového uzamknutia pre paralelný koherentný príjem dokáže dokonca rekonštruovať priebeh časovej domény celého signálu vlnového multiplexu, čím sa kompenzuje poškodenie spôsobené optickou nelinearitou prenosového vlákna. Okrem koncepčných výhod založených na prenose hrebeňového signálu sú kľúčovými faktormi pre budúce vysielače a prijímače s vlnovým multiplexom menšia veľkosť a ekonomicky efektívna veľkovýroba.

Preto si medzi rôznymi konceptmi hrebeňových generátorov signálu zaslúžia osobitnú pozornosť zariadenia na čipovej úrovni. V kombinácii s vysoko škálovateľnými fotonickými integrovanými obvodmi pre moduláciu, multiplexovanie, smerovanie a príjem dátových signálov sa takéto zariadenia môžu stať kľúčom ku kompaktným a efektívnym vysielačom a prijímačom s vlnovým multiplexovaním, ktoré je možné vyrábať vo veľkých množstvách za nízku cenu s prenosovou kapacitou desiatok Tbit/s na vlákno.

Na výstupe vysielacieho konca je každý kanál rekombinovaný cez multiplexor (MUX) a signál vlnového multiplexu sa prenáša cez jednomódové vlákno. Na prijímacom konci prijímač vlnového multiplexu (WDM Rx) používa lokálny oscilátor LO druhého FCG na detekciu viacvlnového rušenia. Kanál vstupného signálu vlnového multiplexu je oddelený demultiplexorom a potom odoslaný do koherentného prijímacieho poľa (Coh. Rx). Medzi nimi sa demultiplexná frekvencia lokálneho oscilátora LO používa ako fázová referencia pre každý koherentný prijímač. Výkon tohto prepojenia vlnového multiplexu samozrejme závisí vo veľkej miere od základného generátora hrebeňového signálu, najmä od šírky svetla a optického výkonu každého hrebeňového riadku.

Technológia optického frekvenčného hrebeňa je samozrejme stále vo fáze vývoja a jej aplikačné scenáre a veľkosť trhu sú relatívne malé. Ak dokáže prekonať technologické úzke miesta, znížiť náklady a zlepšiť spoľahlivosť, môže dosiahnuť rozsiahle aplikácie v optickom prenose.