Как известно, с 1990-х годов технология WDM (WDM) используется для прокладки волоконно-оптических линий связи большой протяженности (сотни и даже тысячи километров). Для большинства регионов страны оптоволоконная инфраструктура является самым дорогим активом, тогда как стоимость приёмопередающих компонентов относительно невелика.
Однако с бурным ростом скоростей 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 уплотнением каналов, с относительно низкой скоростью передачи данных, не превышающей нескольких сотен Гбит/с (800 Гбит/с) на канал, и с небольшим количеством возможных применений в классе T.
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 для поддержания дальнейшего роста скорости передачи данных. Это может открыть совершенно новую область применения технологии WDM, где максимальная масштабируемость по количеству каналов и скорости передачи данных имеет решающее значение.
В этом контексте,оптический генератор частотной гребенки (ГЧГ)Играет ключевую роль в качестве компактного, фиксированного многоволнового источника света, способного обеспечить большое количество чётко определённых оптических несущих. Кроме того, особенно важным преимуществом оптических частотных гребёнок является то, что линии гребёнки изначально эквидистантны по частоте, что снижает необходимость в межканальных защитных полосах и позволяет избежать управления частотой, которое потребовалось бы для одной линии в традиционной схеме с массивом DFB-лазеров.
Важно отметить, что эти преимущества применимы не только к передатчикам WDM, но и к их приёмникам, где дискретные антенные решетки гетеродинов (ГГ) можно заменить одним генератором гребёнчатой частоты. Использование генераторов гребёнчатой частоты ГГ дополнительно упрощает цифровую обработку сигналов для каналов WDM, тем самым снижая сложность приёмника и повышая устойчивость к фазовому шуму.
Кроме того, использование сигналов гетеродинной гребенки с фазовой синхронизацией для параллельного когерентного приёма позволяет даже восстановить временную форму всего сигнала WDM, тем самым компенсируя искажения, вызванные оптической нелинейностью в передающем волокне. Помимо этих концептуальных преимуществ передачи сигнала на основе гребенки, ключевыми для будущих приёмопередатчиков WDM являются меньшие габариты и экономичность массового производства.
Таким образом, среди различных концепций генераторов гребенчатых сигналов особый интерес представляют устройства в масштабе кристалла. В сочетании с высокомасштабируемыми фотонными интегральными схемами для модуляции, мультиплексирования, маршрутизации и приёма сигналов данных такие устройства могут стать ключом к созданию компактных и высокоэффективных WDM-приёмопередатчиков, которые можно производить большими партиями при низкой стоимости, с пропускной способностью до десятков Тбит/с на волокно.
На следующем рисунке представлена схема передатчика WDM, использующего оптическую частотную гребенку (FCG) в качестве многоволнового источника света. Сигнал FCG сначала разделяется в демультиплексоре (DEMUX), а затем поступает в электрооптический модулятор EOM. Пройдя 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 приёмной стороне приёмник с разделением по длине волны (WDM Rx) использует гетеродин гетеродина второго FCG для многоволнового когерентного детектирования. Каналы входных сигналов WDM разделяются демультиплексором и подаются на когерентную приёмную решётку (Coh. Rx), где частота демультиплексирования гетеродина гетеродина используется в качестве опорной фазы для каждого когерентного приёмника. Производительность таких линий WDM, очевидно, в значительной степени зависит от используемого генератора сигналов гребенки, в частности, от ширины оптической линии и оптической мощности на линию 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 технические ограничения, снизить затраты и повысить надёжность, то станет возможным масштабное применение в оптической передаче данных.
Время публикации: 21 ноября 2024 г.