Мы знаем, что с 1990-х годов технология мультиплексирования с разделением по длине волны WDM используется для оптоволоконных линий связи на большие расстояния, охватывающие сотни или даже тысячи километров. Для большинства стран и регионов оптоволоконная инфраструктура является самым дорогим активом, в то время как стоимость компонентов приемопередатчика относительно невелика.
Однако с бурным ростом скорости передачи данных в сетях, таких как 5G, технология WDM становится все более важной для линий связи на короткие расстояния, а объем развертывания коротких линий связи становится намного больше, что делает стоимость и размер компонентов приемопередатчика более чувствительными.
В настоящее время эти сети по-прежнему используют тысячи одномодовых оптических волокон для параллельной передачи по каналам пространственного мультиплексирования, а скорость передачи данных по каждому каналу относительно низкая, самое большее — всего несколько сотен Гбит/с (800 Гбит/с). T-уровень может иметь ограниченное применение.
Но в обозримом будущем концепция обычного пространственного распараллеливания вскоре достигнет предела масштабируемости и должна быть дополнена распараллеливанием спектра потоков данных в каждом волокне для дальнейшего улучшения скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новое пространство для применения технологии мультиплексирования с разделением по длине волны, где решающее значение имеет максимальная масштабируемость числа каналов и скорости передачи данных.
В этом случае гребенчатый генератор частот (FCG) как компактный и фиксированный многоволновой источник света может обеспечить большое количество четко определенных оптических несущих, играя тем самым решающую роль. Кроме того, особенно важным преимуществом гребенки оптических частот является то, что гребенчатые линии по существу эквидистантны по частоте, что позволяет ослабить требования к межканальным защитным полосам и избежать управления частотой, необходимого для одиночных линий в традиционных схемах с использованием DFB-лазерных решеток.
Следует отметить, что эти преимущества применимы не только к передатчику мультиплексирования с разделением по длине волны, но и к его приемнику, где массив дискретных гетеродинов (LO) может быть заменен одним гребенчатым генератором. Использование гребенчатых генераторов гетеродина может дополнительно облегчить цифровую обработку сигналов в каналах мультиплексирования с разделением по длине волны, тем самым уменьшая сложность приемника и улучшая устойчивость к фазовому шуму.
Кроме того, использование гребенчатых сигналов гетеродина с функцией фазовой синхронизации для параллельного когерентного приема может даже восстановить форму сигнала во временной области всего сигнала мультиплексирования с разделением по длине волны, тем самым компенсируя ущерб, вызванный оптической нелинейностью передающего волокна. Помимо концептуальных преимуществ, основанных на гребенчатой передаче сигнала, меньшие размеры и экономически эффективное крупномасштабное производство также являются ключевыми факторами для будущих трансиверов с мультиплексированием по длине волны.
Поэтому среди различных концепций гребенчатых генераторов сигналов особого внимания заслуживают устройства уровня микросхемы. В сочетании с высокомасштабируемыми фотонными интегральными схемами для модуляции, мультиплексирования, маршрутизации и приема сигналов данных такие устройства могут стать ключом к созданию компактных и эффективных трансиверов с мультиплексированием по длине волны, которые можно будет производить в больших количествах по низкой цене, с пропускной способностью десятков Тбит/с на волокно.
На выходе передающей стороны каждый канал рекомбинируется через мультиплексор (MUX), и сигнал мультиплексирования с разделением по длине волны передается по одномодовому волокну. На приемной стороне приемник с мультиплексированием по длине волны (WDM Rx) использует гетеродин гетеродина второй FCG для обнаружения многоволновых помех. Канал входного сигнала мультиплексирования с разделением по длине волны разделяется демультиплексором и затем отправляется в когерентную решетку приемников (Coh. Rx). Среди них частота демультиплексирования гетеродина LO используется в качестве опорной фазы для каждого когерентного приемника. Производительность этого канала мультиплексирования с разделением по длине волны, очевидно, во многом зависит от основного генератора гребенчатого сигнала, особенно от ширины света и оптической мощности каждой гребенчатой линии.
Конечно, технология оптической гребенки частот все еще находится на стадии разработки, а сценарии ее применения и размер рынка относительно невелики. Если ему удастся преодолеть технологические узкие места, снизить затраты и повысить надежность, он сможет достичь масштабного уровня применения в оптической передаче.
Время публикации: 19 декабря 2024 г.