Как известно, с 1990-х годов технология WDM WDM используется для магистральных волоконно-оптических линий связи протяженностью в сотни и даже тысячи километров. Для большинства регионов страны волоконно-оптическая инфраструктура является самым дорогим активом, тогда как стоимость компонентов приемопередатчиков относительно невысока.
Однако с ростом скорости передачи данных в таких сетях, как 5G, технология WDM становится все более важной и для линий связи малой протяженности, которые развертываются в гораздо больших объемах и, следовательно, более чувствительны к стоимости и размерам приемопередающих узлов.
В настоящее время эти сети по-прежнему используют тысячи одномодовых оптических волокон, передаваемых параллельно по каналам с пространственным разделением каналов, с относительно низкой скоростью передачи данных, не превышающей нескольких сотен Гбит/с (800G) на канал, с небольшим количеством возможных приложений в T-классе.
Однако в обозримом будущем концепция общей пространственной параллелизации вскоре достигнет пределов своей масштабируемости и должна будет быть дополнена спектральной параллелизацией потоков данных в каждом волокне, чтобы поддерживать дальнейший рост скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новое пространство приложений для технологии WDM, в котором максимальная масштабируемость с точки зрения количества каналов и скорости передачи данных имеет решающее значение.
В этом контексте,оптический частотный генератор гребня (FCG)играет ключевую роль как компактный, фиксированный, многоволновой источник света, который может обеспечить большое количество четко определенных оптических носителей. Кроме того, особенно важным преимуществом оптических частотных гребенок является то, что линии гребня по своей сути эквидистантны по частоте, тем самым ослабляя требование к межканальным защитным полосам и избегая управления частотой, которое потребовалось бы для одной линии в обычной схеме с использованием массива DFB-лазеров.
Важно отметить, что эти преимущества применимы не только к передатчикам WDM, но и к их приемникам, где дискретные массивы локальных генераторов (LO) могут быть заменены одним генератором гребня. Использование генераторов гребня LO дополнительно облегчает цифровую обработку сигналов для каналов WDM, тем самым снижая сложность приемника и повышая устойчивость к фазовому шуму.
Кроме того, использование сигналов LO-гребенки с фазовой синхронизацией для параллельного когерентного приема даже позволяет восстановить временную форму волны всего сигнала WDM, тем самым компенсируя ухудшения, вызванные оптическими нелинейностями в передающем волокне. В дополнение к этим концептуальным преимуществам передачи сигнала на основе гребенки, меньший размер и экономически эффективное массовое производство также являются ключевыми для будущих трансиверов WDM.
Поэтому среди различных концепций генераторов гребенчатых сигналов особый интерес представляют устройства в масштабе чипа. В сочетании с высокомасштабируемыми фотонными интегральными схемами для модуляции сигналов данных, мультиплексирования, маршрутизации и приема такие устройства могут стать ключом к компактным, высокоэффективным трансиверам WDM, которые можно изготавливать в больших количествах при низких затратах, с пропускной способностью до десятков Тбит/с на волокно.
На следующем рисунке изображена схема передатчика WDM, использующего оптическую частотную гребенку FCG в качестве многоволнового источника света. Сигнал гребенки FCG сначала разделяется в демультиплексоре (DEMUX), а затем поступает в электрооптический модулятор EOM. Через него сигнал подвергается усовершенствованной квадратурной амплитудной модуляции QAM для оптимальной спектральной эффективности (SE).
На выходе передатчика каналы рекомбинируются в мультиплексоре (MUX), и сигналы WDM передаются по одномодовому волокну. На приемном конце приемник с мультиплексированием по длине волны (WDM Rx) использует локальный генератор LO 2-го FCG для многоволнового когерентного обнаружения. Каналы входных сигналов WDM разделяются демультиплексором и подаются на когерентную решетку приемника (Coh. Rx). где частота демультиплексирования локального генератора LO используется в качестве опорной фазы для каждого когерентного приемника. Производительность таких линий WDM, очевидно, в значительной степени зависит от базового генератора гребенчатого сигнала, в частности, от ширины оптической линии и оптической мощности на гребенчатую линию.
Конечно, технология оптической частотной гребенки все еще находится в стадии разработки, а ее сценарии применения и размер рынка относительно невелики. Если она сможет преодолеть технические узкие места, снизить затраты и повысить надежность, то станет возможным достижение масштабных приложений в оптической передаче.
Время публикации: 21 ноября 2024 г.