Optinen taajuuskampa ja optinen siirto?

Tiedämme, että 1990-luvulta lähtien WDM-aallonpituusjakomultipleksointitekniikkaa on käytetty satojen tai jopa tuhansien kilometrien pituisten pitkän matkan valokuituyhteyksien rakentamiseen. Useimmissa maissa ja alueilla valokuituinfrastruktuuri on kallein omaisuuserä, kun taas lähetin-vastaanotinkomponenttien hinta on suhteellisen alhainen.

Verkkojen tiedonsiirtonopeuksien, kuten 5G:n, räjähdysmäisen kasvun myötä WDM-teknologiasta on kuitenkin tullut yhä tärkeämpi lyhyen matkan yhteyksissä, ja lyhyiden linkkien käyttöönottomäärä on paljon suurempi, mikä tekee lähetin-vastaanotinkomponenttien kustannuksista ja koosta herkempiä.

Tällä hetkellä nämä verkot käyttävät edelleen tuhansia yksimuotoisia optisia kuituja rinnakkaissiirtoon tilajakoisten multipleksointikanavien kautta, ja kunkin kanavan tiedonsiirtonopeus on suhteellisen alhainen, korkeintaan vain muutama sata Gbit/s (800 G). T-tasolla voi olla rajoitetusti sovelluksia.

Mutta lähitulevaisuudessa tavanomaisen spatiaalisen rinnakkaistamisen käsite saavuttaa pian skaalautuvuusrajansa, ja sitä on täydennettävä datavirtojen spektririnnakkaistamisella kussakin kuidussa datanopeuksien parantamiseksi edelleen. Tämä voi avata kokonaan uuden sovellusalueen aallonpituusjakoiselle multipleksointitekniikalle, jossa kanavamäärän ja datanopeuden maksimaalinen skaalautuvuus on ratkaisevan tärkeää.

Tässä tapauksessa taajuuskampageneraattori (FCG), kompaktina ja kiinteänä usean aallonpituuden valonlähteenä, voi tarjota suuren määrän hyvin määriteltyjä optisia kantajia, mikä on ratkaisevassa roolissa. Lisäksi optisen taajuuskampauksen erityisen tärkeä etu on, että kampaviivat ovat olennaisesti yhtä kaukana toisistaan ​​taajuudeltaan, mikä voi lieventää kanavien välisten suojakaistojen vaatimuksia ja välttää taajuusohjauksen, jota tarvitaan yksittäisille viivoille perinteisissä DFB-lasereja käyttävissä järjestelmissä.

On huomattava, että nämä edut eivät koske ainoastaan ​​aallonpituusjakomultipleksointia käyttävää lähetintä, vaan myös sen vastaanotinta, jossa diskreetti paikallisoskillaattorimatriisi (LO) voidaan korvata yhdellä kampageneraattorilla. LO-kampageneraattoreiden käyttö voi entisestään helpottaa digitaalista signaalinkäsittelyä aallonpituusjakomultipleksointikanavissa, mikä vähentää vastaanottimen monimutkaisuutta ja parantaa vaihekohinan sietokykyä.

Lisäksi vaihelukitun LO-kampasignaalin käyttö rinnakkaisessa koherentissa vastaanotossa voi jopa rekonstruoida koko aallonpituusjakoisen multipleksointisignaalin aikatasoaaltomuodon, mikä kompensoi siirtokuidun optisen epälineaarisuuden aiheuttamat vahingot. Kampasignaalin siirtoon perustuvien käsitteellisten etujen lisäksi pienempi koko ja taloudellisesti tehokas laajamittainen tuotanto ovat myös keskeisiä tekijöitä tulevaisuuden aallonpituusjakoisille multipleksointilähetin-vastaanottimille.

Siksi erilaisten kampasignaaligeneraattorikonseptien joukossa sirutason laitteet ovat erityisen huomionarvoisia. Yhdistettynä erittäin skaalautuviin fotonisiin integroituihin piireihin datasignaalin modulointia, multipleksointia, reititystä ja vastaanottoa varten, tällaisista laitteista voi tulla avain kompakteihin ja tehokkaisiin aallonpituusjakomultipleksointilähetin-vastaanottimiin, joita voidaan valmistaa suuria määriä alhaisilla kustannuksilla ja joiden siirtokapasiteetti on kymmeniä Tbit/s kuitua kohden.

Lähetyspään ulostulossa jokainen kanava rekombinoidaan multiplekserin (MUX) kautta, ja aallonpituusjakoinen multipleksointisignaali lähetetään yksimuotokuidun kautta. Vastaanottopäässä aallonpituusjakoinen multipleksointivastaanotin (WDM Rx) käyttää toisen FCG:n LO-paikallisoskillaattoria moniaallonpituushäiriöiden havaitsemiseen. Sisään tulevan aallonpituusjakoisen multipleksointisignaalin kanava erotetaan demultiplekserillä ja lähetetään sitten koherentille vastaanotinryhmälle (Coh. Rx). Näistä paikallisoskillaattorin LO demultipleksointitaajuutta käytetään kunkin koherentin vastaanottimen vaihereferenssinä. Tämän aallonpituusjakoisen multipleksointilinkin suorituskyky riippuu luonnollisesti suuresti kampasignaaligeneraattorin perusominaisuuksista, erityisesti valon leveydestä ja kunkin kampalinjan optisesta tehosta.

Optinen taajuuskampateknologia on toki vielä kehitysvaiheessa, ja sen sovellusskenaariot ja markkinakoko ovat suhteellisen pieniä. Jos se pystyy voittamaan teknologiset pullonkaulat, vähentämään kustannuksia ja parantamaan luotettavuutta, se voi saavuttaa mittakaavatason sovelluksia optisessa tiedonsiirrossa.