Optiskā frekvenču ķemme un optiskā pārraide?

Mēs zinām, ka kopš 20. gs. deviņdesmitajiem gadiem viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģija tiek izmantota tālsatiksmes optisko šķiedru savienojumiem simtiem vai pat tūkstošiem kilometru garumā. Lielākajā daļā valstu un reģionu optisko šķiedru infrastruktūra ir visdārgākais aktīvs, savukārt raidītāju un uztvērēju komponentu izmaksas ir salīdzinoši zemas.

Tomēr, strauji pieaugot tīkla datu pārraides ātrumam, piemēram, 5G, WDM tehnoloģija ir kļuvusi arvien svarīgāka īso distanču saitēs, un īso saišu izvietošanas apjoms ir daudz lielāks, padarot raidītāja komponentu izmaksas un izmēru jutīgākus.

Pašlaik šie tīkli joprojām izmanto tūkstošiem vienmoda optisko šķiedru paralēlai pārraidei, izmantojot telpas dalīšanas multipleksēšanas kanālus, un katra kanāla datu pārraides ātrums ir relatīvi zems, ne vairāk kā tikai daži simti Gbit/s (800 G). T līmenim var būt ierobežotas pielietošanas iespējas.

Taču pārskatāmā nākotnē parastās telpiskās paralēlizācijas koncepcija drīz sasniegs savu mērogojamības robežu, un tā būs jāpapildina ar datu plūsmu spektra paralēlizāciju katrā šķiedrā, lai saglabātu turpmākus datu pārraides ātruma uzlabojumus. Tas varētu pavērt pilnīgi jaunu pielietojuma telpu viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģijai, kur kanālu skaita un datu pārraides ātruma maksimāla mērogojamība ir izšķiroša.

Šajā gadījumā frekvenču ķemmes ģenerators (FCG) kā kompakts un fiksēts vairāku viļņu garumu gaismas avots var nodrošināt lielu skaitu precīzi definētu optisko nesēju, tādējādi spēlējot izšķirošu lomu. Turklāt īpaši svarīga optiskās frekvenču ķemmes priekšrocība ir tā, ka ķemmes līnijas būtībā atrodas vienādā attālumā frekvencē, kas var atvieglot prasības attiecībā uz starpkanālu aizsargjoslām un izvairīties no frekvences kontroles, kas nepieciešama atsevišķām līnijām tradicionālajās shēmās, kurās izmanto DFB lāzeru masīvus.

Jāatzīmē, ka šīs priekšrocības attiecas ne tikai uz viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas raidītāju, bet arī uz tā uztvērēju, kur diskrēto lokālo oscilatoru (LO) masīvu var aizstāt ar vienu ķemmes ģeneratoru. LO ķemmes ģeneratoru izmantošana var vēl vairāk atvieglot digitālā signāla apstrādi viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas kanālos, tādējādi samazinot uztvērēja sarežģītību un uzlabojot fāzes trokšņa toleranci.

Turklāt, izmantojot LO ķemmes signālus ar fāzes bloķēšanas funkciju paralēlai koherentai uztveršanai, var pat rekonstruēt visa viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas signāla laika domēna viļņu formu, tādējādi kompensējot pārraides šķiedras optiskās nelinearitātes radītos bojājumus. Papildus konceptuālajām priekšrocībām, kas balstītas uz ķemmes signāla pārraidi, mazāks izmērs un ekonomiski efektīva liela mēroga ražošana ir arī galvenie faktori nākotnes viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas raidītājiem/uztvērējiem.

Tāpēc starp dažādām ķemmes signālu ģeneratoru koncepcijām īpaši ievērojamas ir mikroshēmu līmeņa ierīces. Apvienojumā ar ļoti mērogojamām fotoniskām integrētām shēmām datu signālu modulācijai, multipleksēšanai, maršrutēšanai un uztveršanai šādas ierīces var kļūt par atslēgu kompaktiem un efektīviem viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas raidītājiem/uztvērējiem, kurus var ražot lielos daudzumos par zemām izmaksām, ar pārraides jaudu desmitiem Tbit/s uz vienu šķiedru.

Sūtīšanas galā katrs kanāls tiek rekombinēts caur multipleksoru (MUX), un viļņa garuma dalīšanas multipleksēšanas signāls tiek pārraidīts pa vienmoda šķiedru. Uztvērēja galā viļņa garuma dalīšanas multipleksēšanas uztvērējs (WDM Rx) izmanto otrā FCG LO lokālo oscilatoru vairāku viļņu garuma interferences noteikšanai. Ievades viļņa garuma dalīšanas multipleksēšanas signāla kanālu atdala demultipleksors un pēc tam nosūta uz koherentu uztvērēju masīvu (Coh. Rx). Starp tiem lokālā oscilatora LO demultipleksēšanas frekvence tiek izmantota kā katra koherentā uztvērēja fāzes atskaites signāls. Šīs viļņa garuma dalīšanas multipleksēšanas saites veiktspēja acīmredzami lielā mērā ir atkarīga no pamata ķemmes signāla ģeneratora, jo īpaši no gaismas platuma un katras ķemmes līnijas optiskās jaudas.

Protams, optisko frekvenču ķemmes tehnoloģija joprojām ir izstrādes stadijā, un tās pielietojuma scenāriji un tirgus apjoms ir salīdzinoši nelieli. Ja tā spēs pārvarēt tehnoloģiskās problēmas, samazināt izmaksas un uzlabot uzticamību, tā varētu sasniegt mēroga pielietojumu optiskajā pārraidē.