Som vi vet har WDM-teknik använts för långdistansfiberoptiska förbindelser på hundratals eller till och med tusentals kilometer sedan 1990-talet. För de flesta regioner i landet är fiberinfrastrukturen den dyraste tillgången, medan kostnaden för transceiverkomponenter är relativt låg.
Men med explosionsartad datahastighet i nätverk som 5G blir WDM-tekniken allt viktigare även i kortdistansförbindelser, vilka distribueras i mycket större volymer och därför är mer känsliga för kostnaden och storleken på transceiveraggregat.
För närvarande förlitar sig dessa nätverk fortfarande på tusentals optiska fibrer i enkelmod som överförs parallellt via kanaler för rymdmultiplexering, med relativt låga datahastigheter på högst några hundra Gbit/s (800G) per kanal, med ett litet antal möjliga tillämpningar i T-klassen.
Inom överskådlig framtid kommer dock konceptet med gemensam spatial parallellisering snart att nå gränsen för sin skalbarhet och kommer att behöva kompletteras med spektral parallellisering av dataströmmarna i varje fiber för att kunna upprätthålla ytterligare ökningar av datahastigheter. Detta kan öppna upp ett helt nytt tillämpningsområde för WDM-teknik, där maximal skalbarhet vad gäller antal kanaler och datahastighet är avgörande.
I detta sammanhang,den optiska frekvenskamgeneratorn (FCG)spelar en nyckelroll som en kompakt, fast ljuskälla med flera våglängder som kan tillhandahålla ett stort antal väldefinierade optiska bärvågor. Dessutom är en särskilt viktig fördel med optiska frekvenskammar att kamlinjerna i sig har samma frekvensavstånd, vilket minskar kravet på skyddsband mellan kanaler och undviker den frekvenskontroll som skulle krävas för en enda linje i ett konventionellt schema med en uppsättning DFB-lasrar.
Det är viktigt att notera att dessa fördelar gäller inte bara WDM-sändare utan även deras mottagare, där diskreta lokala oscillatormatriser (LO) kan ersättas med en enda kamgenerator. Användningen av LO-kamgeneratorer underlättar ytterligare digital signalbehandling för WDM-kanaler, vilket minskar mottagarkomplexiteten och ökar fasbrustoleransen.
Dessutom gör användningen av LO-kamsignaler med faslåsning för parallell koherent mottagning det till och med möjligt att rekonstruera tidsdomänvågformen för hela WDM-signalen, vilket kompenserar för försämringar orsakade av optiska olinjäriteter i transmissionsfibern. Utöver dessa konceptuella fördelar med kambaserad signalöverföring är mindre storlek och kostnadseffektiv massproduktion också avgörande för framtida WDM-sändtagare.
Därför är chipskaliga enheter av särskilt intresse bland de olika kamsignalgeneratorkoncepten. I kombination med mycket skalbara fotoniska integrerade kretsar för datasignalmodulering, multiplexering, routing och mottagning kan sådana enheter vara nyckeln till kompakta, högeffektiva WDM-sändtagare som kan tillverkas i stora mängder till låg kostnad, med överföringskapaciteter på upp till tiotals Tbit/s per fiber.
Följande figur visar ett schematiskt diagram över en WDM-sändare som använder en optisk frekvenskam FCG som en ljuskälla för flera våglängder. FCG-kamsignalen separeras först i en demultiplexer (DEMUX) och går sedan in i en elektrooptisk EOM-modulator. Därigenom utsätts signalen för avancerad QAM-kvadraturamplitudmodulering för optimal spektraleffektivitet (SE).
Vid sändarutgången rekombineras kanalerna i en multiplexer (MUX) och WDM-signalerna sänds över single-mode-fiber. Vid mottagaränden använder våglängdsmultiplexeringsmottagaren (WDM Rx) den lokala oscillatorn LO hos den andra FCG:n för koherent detektion av flera våglängder. Kanalerna för de ingående WDM-signalerna separeras av en demultiplexer och matas till den koherenta mottagarmatrisen (Coh. Rx), där demultiplexeringsfrekvensen för den lokala oscillatorn LO används som fasreferens för varje koherent mottagare. Prestandan hos sådana WDM-länkar beror uppenbarligen i stor utsträckning på den underliggande kamsignalgeneratorn, särskilt den optiska linjebredden och den optiska effekten per kamlinje.
Naturligtvis är optisk frekvenskamteknik fortfarande i utvecklingsstadiet, och dess tillämpningsscenarier och marknadsstorlek är relativt liten. Om den kan övervinna tekniska flaskhalsar, minska kostnader och förbättra tillförlitligheten, kommer det att vara möjligt att uppnå skalbara tillämpningar inom optisk transmission.
Publiceringstid: 21 november 2024