Optisk frekvenskam og optisk overføring?

Vi vet at siden 1990-tallet har WDM-bølgelengdedelingsmultiplekseringsteknologi blitt brukt for langdistanse fiberoptiske lenker som strekker seg over hundrevis eller til og med tusenvis av kilometer. For de fleste land og regioner er fiberoptisk infrastruktur deres dyreste ressurs, mens kostnadene for transceiverkomponenter er relativt lave.

Men med den eksplosive veksten av nettverksdataoverføringshastigheter som 5G, har WDM-teknologi blitt stadig viktigere i kortdistanselinker, og distribusjonsvolumet av korte lenker er mye større, noe som gjør kostnadene og størrelsen på sender/mottakerkomponenter mer følsomme.

For tiden er disse nettverkene fortsatt avhengige av tusenvis av enkeltmodus optiske fibre for parallell overføring gjennom romdelingsmultiplekseringskanaler, og datahastigheten til hver kanal er relativt lav, på det meste bare noen få hundre Gbit/s (800G). T-nivå kan ha begrensede applikasjoner.

Men i overskuelig fremtid vil konseptet med vanlig romlig parallellisering snart nå sin skalerbarhetsgrense, og må suppleres med spektrumparallellisering av datastrømmer i hver fiber for å opprettholde ytterligere forbedringer i datahastigheter. Dette kan åpne opp et helt nytt applikasjonsområde for bølgelengdedelingsmultipleksingsteknologi, hvor maksimal skalerbarhet av kanalnummer og datahastighet er avgjørende.

I dette tilfellet kan frekvenskamgeneratoren (FCG), som en kompakt og fast lyskilde med flere bølgelengder, gi et stort antall veldefinerte optiske bærere, og dermed spille en avgjørende rolle. I tillegg er en spesielt viktig fordel med optisk frekvenskam at kamlinjene i hovedsak er like langt i frekvens, noe som kan lempe på kravene til interkanalbeskyttelsesbånd og unngå frekvenskontrollen som kreves for enkeltlinjer i tradisjonelle ordninger som bruker DFB-lasermatriser.

Det skal bemerkes at disse fordelene ikke bare gjelder senderen for bølgelengdedelingsmultipleksing, men også dens mottaker, der den diskrete lokale oscillator-arrayen (LO) kan erstattes av en enkelt kamgenerator. Bruken av LO-kamgeneratorer kan ytterligere lette digital signalbehandling i bølgelengdedelingsmultiplekseringskanaler, og dermed redusere mottakerens kompleksitet og forbedre fasestøytoleransen.

I tillegg kan bruk av LO-kamsignaler med faselåst funksjon for parallell koherent mottak til og med rekonstruere tidsdomenebølgeformen til hele bølgelengdedelingsmultipleksingssignalet, og dermed kompensere for skaden forårsaket av den optiske ikke-lineariteten til overføringsfiberen. I tillegg til de konseptuelle fordelene basert på kamsignaloverføring, er mindre størrelse og økonomisk effektiv storskalaproduksjon også nøkkelfaktorer for fremtidige bølgelengdedelingsmultipleksende transceivere.

Derfor, blant forskjellige kamsignalgeneratorkonsepter, er brikkenivåenheter spesielt bemerkelsesverdige. Når de kombineres med svært skalerbare fotoniske integrerte kretser for datasignalmodulasjon, multipleksing, ruting og mottak, kan slike enheter bli nøkkelen til kompakte og effektive bølgelengdedelingsmultipleksende transceivere som kan produseres i store mengder til lave kostnader, med overføringskapasitet på titalls Tbit/s per fiber.

Ved utgangen av sendeenden blir hver kanal rekombinert gjennom en multiplekser (MUX), og bølgelengdedelingsmultipleksingssignalet overføres gjennom enkeltmodusfiber. Ved mottakerenden bruker bølgelengdedelingsmultipleksmottakeren (WDM Rx) LO-lokaloscillatoren til den andre FCG for deteksjon av multibølgelengdeinterferens. Kanalen til inngangsbølgelengdedelingsmultiplekssignalet separeres av en demultiplekser og sendes deretter til en koherent mottakergruppe (Coh. Rx). Blant dem brukes demultipleksfrekvensen til lokaloscillatoren LO som fasereferanse for hver koherent mottaker. Ytelsen til denne bølgelengdedelingsmultiplekseringslenken avhenger selvsagt i stor grad av den grunnleggende kamsignalgeneratoren, spesielt bredden på lyset og den optiske kraften til hver kamlinje.

Selvfølgelig er optisk frekvenskamteknologi fortsatt i utviklingsstadiet, og dens applikasjonsscenarier og markedsstørrelse er relativt små. Hvis den kan overvinne teknologiske flaskehalser, redusere kostnader og forbedre påliteligheten, kan den oppnå skalanivåapplikasjoner innen optisk overføring.