Мы знаем, что с 1990-х годов технология спектрального уплотнения WDM используется для создания оптоволоконных линий связи на большие расстояния, простирающиеся на сотни и даже тысячи километров. Для большинства стран и регионов оптоволоконная инфраструктура является самым дорогим активом, в то время как стоимость компонентов приёмопередатчиков относительно невелика.
Однако в связи с бурным ростом скоростей передачи данных в сетях, таких как 5G, технология WDM становится все более важной в каналах связи на короткие расстояния, а объем развертывания коротких каналов связи значительно увеличивается, что делает стоимость и размеры компонентов приемопередатчика более чувствительными.
В настоящее время эти сети по-прежнему используют тысячи одномодовых оптических волокон для параллельной передачи данных по каналам с пространственным уплотнением каналов, а скорость передачи данных каждого канала относительно низкая, не более нескольких сотен Гбит/с (800 Гбит/с). Применение T-уровня может быть ограничено.
Однако в обозримом будущем концепция обычного пространственного распараллеливания вскоре достигнет предела масштабируемости и должна быть дополнена спектральным распараллеливанием потоков данных в каждом волокне для поддержания дальнейшего роста скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новую область применения технологии спектрального мультиплексирования, где максимальная масштабируемость количества каналов и скорости передачи данных имеет решающее значение.
В этом случае генератор частотной гребенки (ГЧГ), как компактный и стационарный многоволновой источник света, может обеспечить большое количество чётко определённых оптических несущих, играя тем самым решающую роль. Кроме того, особенно важным преимуществом ГЧГ является то, что линии ГЧ практически эквидистантны по частоте, что позволяет снизить требования к межканальным защитным полосам и избежать управления частотой, необходимого для отдельных линий в традиционных схемах с использованием DFB-лазеров.
Следует отметить, что эти преимущества применимы не только к передатчику с разделением по длине волны, но и к его приемнику, где дискретная решетка гетеродина (ГГ) может быть заменена одним генератором гребневой частоты. Использование генераторов гребневой частоты может дополнительно упростить цифровую обработку сигналов в каналах с разделением по длине волны, тем самым снижая сложность приемника и повышая устойчивость к фазовому шуму.
Кроме того, использование сигналов гетеродинной гребенки с фазовой автоподстройкой частоты для параллельного когерентного приёма позволяет даже восстановить временную форму всего сигнала с разделением по длине волны, тем самым компенсируя ущерб, вызванный оптической нелинейностью передающего волокна. Помимо концептуальных преимуществ, основанных на передаче сигналов с разделением по длине волны, ключевыми факторами для будущих приёмопередатчиков с разделением по длине волны являются меньшие габариты и экономическая эффективность крупносерийного производства.
Таким образом, среди различных концепций генераторов гребенчатых сигналов устройства на уровне кристалла заслуживают особого внимания. В сочетании с высокомасштабируемыми фотонными интегральными схемами для модуляции, мультиплексирования, маршрутизации и приёма сигналов данных такие устройства могут стать ключом к созданию компактных и эффективных приёмопередатчиков с разделением по длине волны, которые можно производить большими партиями при низкой стоимости, с пропускной способностью в десятки Тбит/с на волокно.
На выходе передающего конца каждый канал рекомбинируется через мультиплексор (MUX), и сигнал с разделением по длине волны передается по одномодовому волокну. На приемном конце приемник с разделением по длине волны (WDM Rx) использует гетеродин гетеродина второго FCG для обнаружения многоволновой интерференции. Канал входного сигнала с разделением по длине волны разделяется демультиплексором и затем отправляется на когерентную приемную решетку (Coh. Rx). Среди них частота демультиплексирования гетеродина гетеродина используется в качестве опорной фазы для каждого когерентного приемника. Производительность этой линии с разделением по длине волны, очевидно, во многом зависит от базового генератора сигнала гребенки, особенно от ширины светового потока и оптической мощности каждой линии гребенки.
Конечно, технология оптических частотных гребёнок всё ещё находится в стадии разработки, а её области применения и объём рынка относительно невелики. Если она сможет преодолеть технологические ограничения, снизить затраты и повысить надёжность, она может найти широкое применение в оптической передаче данных.
Время публикации: 19 декабря 2024 г.