Как мы знаем, с 1990-х годов технология WDM WDM используется для оптоволоконных линий дальней связи протяженностью в сотни и даже тысячи километров. Для большинства регионов страны волоконно-оптическая инфраструктура является самым дорогим активом, а стоимость компонентов приемопередатчиков относительно невысока.
Однако с ростом скорости передачи данных в таких сетях, как 5G, технология WDM становится все более важной и в каналах ближней связи, которые развертываются в гораздо больших объемах и, следовательно, более чувствительны к стоимости и размеру приемопередатчиков.
В настоящее время эти сети по-прежнему полагаются на тысячи одномодовых оптических волокон, передаваемых параллельно через каналы пространственного мультиплексирования, с относительно низкими скоростями передачи данных, не более нескольких сотен Гбит/с (800 Гбит/с) на канал, с небольшим количеством возможных приложения Т-класса.
Однако в обозримом будущем концепция общего пространственного распараллеливания вскоре достигнет пределов своей масштабируемости и должна будет быть дополнена спектральным распараллеливанием потоков данных в каждом волокне, чтобы обеспечить дальнейшее увеличение скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новую область применения технологии WDM, в которой решающее значение имеет максимальная масштабируемость с точки зрения количества каналов и скорости передачи данных.
В этом контекстегребенчатый генератор оптических частот (FCG)играет ключевую роль в качестве компактного фиксированного многоволнового источника света, который может обеспечить большое количество четко определенных оптических несущих. Кроме того, особенно важным преимуществом гребенок оптических частот является то, что линии гребенки по своей сути эквидистантны по частоте, что ослабляет требования к межканальным защитным полосам и позволяет избежать управления частотой, которое потребовалось бы для одной линии в традиционной схеме с использованием массив DFB-лазеров.
Важно отметить, что эти преимущества применимы не только к передатчикам WDM, но и к их приемникам, где массивы дискретных гетеродинов (LO) могут быть заменены одним гребенчатым генератором. Использование гребенчатых генераторов гетеродина дополнительно облегчает цифровую обработку сигналов для каналов WDM, тем самым уменьшая сложность приемника и увеличивая устойчивость к фазовому шуму.
Кроме того, использование гребенчатых сигналов гетеродина с фазовой синхронизацией для параллельного когерентного приема даже позволяет восстанавливать форму сигнала во временной области всего сигнала WDM, компенсируя таким образом искажения, вызванные оптическими нелинейностями в передающем волокне. В дополнение к этим концептуальным преимуществам гребенчатой передачи сигнала, меньший размер и экономичное массовое производство также являются ключевыми для будущих приемопередатчиков WDM.
Поэтому среди различных концепций гребенчатых генераторов сигналов особый интерес представляют устройства размером с кристалл. В сочетании с высокомасштабируемыми фотонными интегральными схемами для модуляции, мультиплексирования, маршрутизации и приема сигналов данных такие устройства могут стать ключом к созданию компактных, высокоэффективных приемопередатчиков WDM, которые можно производить в больших количествах по низкой цене, с пропускной способностью до десятков Тбит/с на волокно.
На следующем рисунке показана схема передатчика WDM, использующего гребенку оптических частот FCG в качестве многоволнового источника света. Гребенчатый сигнал FCG сначала разделяется в демультиплексоре (DEMUX), а затем поступает в электрооптический модулятор EOM. Благодаря этому сигнал подвергается усовершенствованной квадратурной амплитудной модуляции QAM для достижения оптимальной спектральной эффективности (SE).
На выходе передатчика каналы повторно объединяются в мультиплексоре (MUX), и сигналы WDM передаются по одномодовому волокну. На приемной стороне приемник с мультиплексированием по длине волны (WDM Rx) использует гетеродин гетеродина 2-го FCG для многоволнового когерентного обнаружения. Каналы входных сигналов WDM разделяются демультиплексором и подаются на когерентную приемную решетку (Coh. Rx). где частота демультиплексирования гетеродина LO используется в качестве опорной фазы для каждого когерентного приемника. Производительность таких каналов WDM, очевидно, в значительной степени зависит от базового генератора гребенчатых сигналов, в частности, от ширины оптической линии и оптической мощности на гребенчатую линию.
Конечно, технология оптической гребенки частот все еще находится на стадии разработки, а сценарии ее применения и размер рынка относительно невелики. Если удастся преодолеть технические узкие места, снизить затраты и повысить надежность, тогда появится возможность реализовать масштабные приложения в области оптической передачи.
Время публикации: 21 ноября 2024 г.