Optilised sageduskammid ja optiline ülekanne?

Nagu me teame, on WDM-tehnoloogiat alates 1990. aastatest kasutatud sadade või isegi tuhandete kilomeetrite pikkuste pikamaa fiiberoptiliste ühenduste jaoks. Enamiku riigi piirkondade jaoks on fiiberinfrastruktuur kõige kallim vara, samas kui transiiver-vastuvõtja komponentide hind on suhteliselt madal.
Kuid andmeedastuskiiruse plahvatusliku kasvuga sellistes võrkudes nagu 5G muutub WDM-tehnoloogia üha olulisemaks ka lühimaaühendustes, mida kasutatakse palju suuremates mahtudes ja mis on seetõttu tundlikumad transiiver-vastuvõtjate komplektide maksumuse ja suuruse suhtes.

Praegu tuginevad need võrgud endiselt tuhandetele ühemoodilistele optilistele kiududele, mida edastatakse paralleelselt ruumijaotusega multipleksimise kanalite kaudu, suhteliselt madala andmeedastuskiirusega, maksimaalselt paar sada Gbit/s (800 G) kanali kohta, ning T-klassi võimalike rakenduste arvuga.

Lähitulevikus jõuab ühise ruumilise paralleelsuse kontseptsioon aga peagi oma skaleeritavuse piirini ning andmeedastuskiiruse edasise kasvu toetamiseks tuleb seda täiendada iga kiu andmevoogude spektraalse paralleelsusega. See võib avada WDM-tehnoloogiale täiesti uue rakendusruumi, kus maksimaalne skaleeritavus kanalite arvu ja andmeedastuskiiruse osas on ülioluline.

Selles kontekstisoptilise sageduskammi generaator (FCG)mängib võtmerolli kompaktse, fikseeritud ja mitme lainepikkusega valgusallikana, mis suudab pakkuda suurt hulka täpselt määratletud optilisi kandjaid. Lisaks on optiliste sageduskammide eriti oluliseks eeliseks see, et kammijooned on sageduselt sisemiselt võrdsel kaugusel, leevendades seega kanalitevaheliste kaitseribade nõuet ja vältides sageduse juhtimist, mis oleks vajalik ühe joone jaoks tavapärases DFB-laserite massiivi kasutavas skeemis.

Oluline on märkida, et need eelised kehtivad mitte ainult WDM-saatjate, vaid ka nende vastuvõtjate kohta, kus diskreetsete lokaalsete ostsillaatorite (LO) massiive saab asendada ühe kammigeneraatoriga. LO kammigeneraatorite kasutamine hõlbustab veelgi WDM-kanalite digitaalset signaalitöötlust, vähendades seeläbi vastuvõtja keerukust ja suurendades faasimüra taluvust.

Lisaks võimaldab faasilukustusega LO kammisignaalide kasutamine paralleelse koherentse vastuvõtu jaoks isegi kogu WDM-signaali ajadomeeni lainekuju rekonstrueerida, kompenseerides seeläbi ülekandekiu optiliste mittelineaarsuste põhjustatud kahjustusi. Lisaks kammipõhise signaaliedastuse kontseptuaalsetele eelistele on tulevaste WDM-transiiverite jaoks võtmetähtsusega ka väiksem suurus ja kulutõhus masstootmine.
Seetõttu pakuvad mitmesuguste kammsignaaligeneraatorite kontseptsioonide seas erilist huvi kiibimõõtmelised seadmed. Kombineerituna üliskaleeritavate footonintegraallülitustega andmesignaali moduleerimiseks, multipleksimiseks, marsruutimiseks ja vastuvõtmiseks võivad sellised seadmed olla võtmeks kompaktsete ja ülitõhusate WDM-transiiverite loomisel, mida saab toota suurtes kogustes madala hinnaga ning mille edastusvõimsus on kuni kümneid Tbit/s kiu kohta.

Järgmisel joonisel on kujutatud WDM-saatja skeem, mis kasutab mitme lainepikkusega valgusallikana optilist sageduskammi FCG. FCG kammisignaal eraldatakse esmalt demultiplekseris (DEMUX) ja seejärel siseneb see EOM elektrooptilisse modulaatorisse. Selle kaudu allutatakse signaal täiustatud QAM kvadratuur-amplituudmodulatsioonile optimaalse spektraalse efektiivsuse (SE) saavutamiseks.

Saatja väljundis rekombineeritakse kanalid multiplekseris (MUX) ja WDM-signaalid edastatakse ühemoodilise kiu kaudu. Vastuvõtvas otsas kasutab lainepikkuse jaotusega multipleksiv vastuvõtja (WDM Rx) teise FCG LO lokaalostsillaatorit mitme lainepikkusega koherentseks tuvastamiseks. Sisend-WDM-signaalide kanalid eraldatakse demultiplekseriga ja suunatakse koherentsele vastuvõtja massiivile (Coh. Rx), kus lokaalostsillaatori LO demultipleksimissagedust kasutatakse iga koherentse vastuvõtja faasireferentsina. Selliste WDM-ühenduste jõudlus sõltub ilmselgelt suurel määral aluseks olevast kammisignaali generaatorist, eriti optilise joone laiusest ja optilisest võimsusest kammijoone kohta.

Loomulikult on optilise sageduskammi tehnoloogia alles arendusjärgus ning selle rakendusvõimalused ja turu suurus on suhteliselt väikesed. Kui see suudab ületada tehnilised kitsaskohad, vähendada kulusid ja parandada töökindlust, on võimalik saavutada optilise ülekande mastaabitaseme rakendusi.