Optiske frekvenskammer og optisk overføring?

Som vi vet, siden 1990-tallet, har WDM WDM-teknologi blitt brukt for langdistanse fiberoptiske forbindelser på hundrevis eller til og med tusenvis av kilometer. For de fleste regioner i landet er fiberinfrastrukturen dets dyreste aktivum, mens kostnadene for transceiverkomponenter er relativt lave.
Men med eksplosjonen av datahastigheter i nettverk som 5G, blir WDM-teknologi stadig viktigere også i kortdistanseforbindelser, som distribueres i mye større volumer og derfor er mer følsomme for kostnadene og størrelsen på transceiversammenstillinger.

Foreløpig er disse nettverkene fortsatt avhengige av tusenvis av enkeltmodus optiske fibre som overføres parallelt gjennom kanaler med romdelingsmultipleksing, med relativt lave datahastigheter på høyst noen hundre Gbit/s (800G) per kanal, med et lite antall mulige. søknader i T-klassen.

I overskuelig fremtid vil imidlertid konseptet med felles romlig parallellisering snart nå grensene for skalerbarheten, og vil måtte kompletteres med spektral parallellisering av datastrømmene i hver fiber for å opprettholde ytterligere økninger i datahastigheter. Dette kan åpne opp et helt nytt applikasjonsområde for WDM-teknologi, der maksimal skalerbarhet når det gjelder antall kanaler og datahastighet er avgjørende.

I denne sammenhengenden optiske frekvenskamgeneratoren (FCG)spiller en nøkkelrolle som en kompakt, fast lyskilde med flere bølgelengder som kan gi et stort antall veldefinerte optiske bærere. I tillegg er en spesielt viktig fordel med optiske frekvenskammene at kamlinjene i seg selv er like langt i frekvens, og dermed reduserer kravet til interkanalbeskyttelsesbånd og unngår frekvenskontrollen som ville være nødvendig for en enkelt linje i et konvensjonelt opplegg som bruker en rekke DFB-lasere.

Det er viktig å merke seg at disse fordelene gjelder ikke bare for WDM-sendere, men også for deres mottakere, hvor diskrete lokaloscillator (LO)-arrayer kan erstattes av en enkelt kamgenerator. Bruken av LO-kamgeneratorer letter digital signalbehandling for WDM-kanaler ytterligere, og reduserer dermed mottakerens kompleksitet og øker fasestøytoleransen.

I tillegg gjør bruken av LO-kamsignaler med faselåsing for parallell koherent mottak det til og med mulig å rekonstruere tidsdomenebølgeformen til hele WDM-signalet, og dermed kompensere for svekkelser forårsaket av optiske ikke-lineariteter i overføringsfiberen. I tillegg til disse konseptuelle fordelene med kambasert signaloverføring, er mindre størrelse og kostnadseffektiv masseproduksjon også nøkkelen for fremtidige WDM-sendere.
Derfor, blant de forskjellige kamsignalgeneratorkonseptene, er brikkeskalaanordninger av spesiell interesse. Når de kombineres med svært skalerbare fotoniske integrerte kretser for datasignalmodulasjon, multipleksing, ruting og mottak, kan slike enheter inneha nøkkelen til kompakte, svært effektive WDM-sendere som kan produseres i store mengder til lave kostnader, med overføringskapasiteter på opptil titalls av Tbit/s per fiber.

Følgende figur viser et skjema av en WDM-sender som bruker en optisk frekvenskam FCG som en lyskilde med flere bølgelengder. FCG-kamsignalet separeres først i en demultiplekser (DEMUX) og går deretter inn i en EOM elektrooptisk modulator. Signalet utsettes for avansert QAM-kvadraturamplitudemodulasjon for optimal spektraleffektivitet (SE).

Ved senderutgang blir kanalene rekombinert i en multiplekser (MUX) og WDM-signalene sendes over enkeltmodusfiber. I mottakerenden bruker bølgelengdedelingsmultipleksmottakeren (WDM Rx), LO-lokaloscillatoren til 2nd FCG for flerbølgelengde-koherent deteksjon. Kanalene til inngangs-WDM-signalene separeres av en demultiplekser og mates til den koherente mottakergruppen (Coh. Rx). hvor demultipleksfrekvensen til lokaloscillatoren LO brukes som en fasereferanse for hver koherent mottaker. Ytelsen til slike WDM-linker avhenger selvsagt i stor grad av den underliggende kamsignalgeneratoren, spesielt den optiske linjebredden og den optiske effekten per kamlinje.

Selvfølgelig er optisk frekvenskamteknologi fortsatt i utviklingsstadiet, og dens applikasjonsscenarier og markedsstørrelse er relativt små. Hvis det kan overvinne tekniske flaskehalser, redusere kostnader og forbedre påliteligheten, vil det være mulig å oppnå skalanivåapplikasjoner innen optisk overføring.