Optički frekventni češljevi i optički prijenos?

Kao što znamo, od 1990-ih, WDM WDM tehnologija se koristi za dugolinijske optičke veze od stotina ili čak hiljada kilometara. Za većinu regiona u zemlji, optička infrastruktura je najskuplja imovina, dok je cena komponenti primopredajnika relativno niska.
Međutim, s eksplozijom brzina prijenosa podataka u mrežama kao što je 5G, WDM tehnologija postaje sve važnija iu vezama na kratkim udaljenostima, koje se koriste u mnogo većim količinama i stoga su osjetljivije na cijenu i veličinu sklopova primopredajnika.

Trenutno se ove mreže još uvijek oslanjaju na hiljade monomodnih optičkih vlakana koja se prenose paralelno kroz kanale multipleksiranja s podjelom prostora, s relativno niskim brzinama podataka od najviše nekoliko stotina Gbit/s (800G) po kanalu, s malim brojem mogućih aplikacije u T-klasi.

Međutim, u doglednoj budućnosti, koncept zajedničke prostorne paralelizacije će uskoro dostići granice svoje skalabilnosti i moraće biti dopunjen spektralnom paralelizacijom tokova podataka u svakom vlaknu kako bi se održalo dalje povećanje brzina prenosa podataka. Ovo može otvoriti potpuno novi prostor za primjenu za WDM tehnologiju, u kojoj je maksimalna skalabilnost u smislu broja kanala i brzine prijenosa podataka ključna.

U ovom kontekstu,generator optičke frekvencije (FCG)igra ključnu ulogu kao kompaktan, fiksni, viševalni izvor svjetlosti koji može pružiti veliki broj dobro definiranih optičkih nosača. Osim toga, posebno važna prednost optičkih frekvencijskih češlja je to što su češljasti vodovi suštinski jednako udaljeni po frekvenciji, čime se opuštaju zahtjevi za zaštitnim pojasevima među kanalima i izbjegava kontrola frekvencije koja bi bila potrebna za jednu liniju u konvencionalnoj shemi koja koristi niz DFB lasera.

Važno je napomenuti da se ove prednosti ne odnose samo na WDM odašiljače već i na njihove prijemnike, gdje se diskretni lokalni oscilator (LO) nizovi mogu zamijeniti jednim generatorom češlja. Upotreba LO comb generatora dodatno olakšava digitalnu obradu signala za WDM kanale, čime se smanjuje složenost prijemnika i povećava tolerancija faznog šuma.

Pored toga, upotreba LO signala sa češljajem sa faznim zaključavanjem za paralelni koherentni prijem čak omogućava rekonstrukciju talasnog oblika u vremenskom domenu celokupnog WDM signala, kompenzujući na taj način oštećenja uzrokovana optičkim nelinearnostima u vlaknu za prenos. Pored ovih konceptualnih prednosti prijenosa signala zasnovanog na češljama, manja veličina i isplativa masovna proizvodnja također su ključni za buduće WDM primopredajnike.
Stoga, među različitim konceptima generatora signala sa češljama, uređaji veličine čipa su od posebnog interesa. Kada se kombinuju sa visoko skalabilnim fotonskim integrisanim kolima za modulaciju signala podataka, multipleksiranje, rutiranje i prijem, takvi uređaji mogu imati ključ za kompaktne, visoko efikasne WDM primopredajnike koji se mogu proizvesti u velikim količinama po niskoj ceni, sa kapacitetom prenosa do desetina od Tbit/s po vlaknu.

Sljedeća slika prikazuje šemu WDM predajnika koji koristi optički frekventni češalj FCG kao viševalni izvor svjetlosti. FCG signal češlja se prvo odvaja u demultiplekseru (DEMUX), a zatim ulazi u EOM elektro-optički modulator. Kroz, signal je podvrgnut naprednoj QAM kvadraturnoj amplitudnoj modulaciji za optimalnu spektralnu efikasnost (SE).

Na izlazu predajnika, kanali se rekombinuju u multiplekseru (MUX) i WDM signali se prenose preko jednomodnog vlakna. Na kraju prijema, prijemnik za multipleksiranje s podjelom talasnih dužina (WDM Rx), koristi lokalni oscilator LO 2. FCG za koherentnu detekciju na više talasnih dužina. Kanali ulaznih WDM signala su razdvojeni demultiplekserom i napajani u koherentni niz prijemnika (Coh. Rx). gdje se frekvencija demultipleksiranja lokalnog oscilatora LO koristi kao referenca faze za svaki koherentni prijemnik. Performanse takvih WDM veza očigledno u velikoj meri zavise od osnovnog generatora signala sa češljakom, posebno od širine optičke linije i optičke snage po češljasti liniji.

Naravno, tehnologija optičkog frekventnog češlja je još uvijek u fazi razvoja, a njeni scenariji primjene i veličina tržišta su relativno mali. Ako može prevladati tehnička uska grla, smanjiti troškove i poboljšati pouzdanost, tada će biti moguće postići primjenu na razini skale u optičkom prijenosu.