We weten dat WDM-golflengtemultiplexingtechnologie sinds de jaren negentig wordt gebruikt voor glasvezelverbindingen over lange afstanden van honderden of zelfs duizenden kilometers. Voor de meeste landen en regio's is glasvezelinfrastructuur hun duurste bezit, terwijl de kosten van transceivercomponenten relatief laag zijn.
Met de explosieve groei van netwerkdatatransmissiesnelheden zoals 5G is WDM-technologie echter steeds belangrijker geworden voor korteafstandsverbindingen. Bovendien wordt het implementatievolume van korte verbindingen veel groter, waardoor de kosten en de grootte van transceivercomponenten gevoeliger worden.
Momenteel zijn deze netwerken nog steeds afhankelijk van duizenden single-mode glasvezels voor parallelle transmissie via SPDM-kanalen (Space Division Multiplexing), en de datasnelheid van elk kanaal is relatief laag, hooguit enkele honderden Gbit/s (800G). T-niveau heeft mogelijk beperkte toepassingen.
Maar in de nabije toekomst zal het concept van gewone ruimtelijke parallellisatie zijn schaalbaarheidslimiet bereiken en moet het worden aangevuld met spectrumparallellisatie van datastromen in elke vezel om verdere verbeteringen in datasnelheden te behouden. Dit kan een geheel nieuwe toepassingsruimte openen voor Wavelength Division Multiplexing-technologie, waarbij maximale schaalbaarheid van kanaalaantal en datasnelheid cruciaal is.
In dit geval kan de frequentiekamgenerator (FCG), als compacte en vaste lichtbron met meerdere golflengten, een groot aantal goed gedefinieerde optische draaggolven leveren en daarmee een cruciale rol spelen. Een bijzonder belangrijk voordeel van de optische frequentiekam is bovendien dat de kamlijnen in principe equidistant zijn in frequentie, waardoor de vereisten voor interchannel guard bands kunnen worden versoepeld en de frequentieregeling die nodig is voor enkelvoudige lijnen in traditionele systemen met DFB-laserarrays kan worden vermeden.
Opgemerkt dient te worden dat deze voordelen niet alleen van toepassing zijn op de zender van Wavelength Division Multiplexing, maar ook op de ontvanger, waar de discrete lokale oscillator (LO)-array kan worden vervangen door een enkele kamgenerator. Het gebruik van LO-kamgeneratoren kan de digitale signaalverwerking in Wavelength Division Multiplexing-kanalen verder vergemakkelijken, waardoor de complexiteit van de ontvanger wordt verminderd en de tolerantie voor faseruis wordt verbeterd.
Bovendien kan het gebruik van LO-kamsignalen met fasevergrendelde functie voor parallelle coherente ontvangst zelfs de tijdsdomeingolfvorm van het volledige golflengtemultiplexsignaal reconstrueren, waardoor de schade veroorzaakt door de optische niet-lineariteit van de transmissievezel wordt gecompenseerd. Naast de conceptuele voordelen van kamsignaaloverdracht zijn kleinere afmetingen en economisch efficiënte grootschalige productie ook belangrijke factoren voor toekomstige golflengtemultiplextransceivers.
Daarom zijn chiplevel-apparaten van verschillende kamsignaalgeneratorconcepten bijzonder interessant. In combinatie met zeer schaalbare fotonische geïntegreerde schakelingen voor datasignaalmodulatie, multiplexing, routering en ontvangst kunnen dergelijke apparaten de sleutel vormen tot compacte en efficiënte transceivers met golflengteverdelingsmultiplexing (WDI) die in grote aantallen en tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd, met een transmissiecapaciteit van tientallen Tbit/s per vezel.
Aan de uitgang van de zendzijde wordt elk kanaal gecombineerd via een multiplexer (MUX), en het Wavelength Division Multiplexing-signaal wordt verzonden via single-mode glasvezel. Aan de ontvangstzijde gebruikt de Wavelength Division Multiplexing-ontvanger (WDM Rx) de LO lokale oscillator van de tweede FCG voor detectie van interferentie met meerdere golflengten. Het kanaal van het Wavelength Division Multiplexing-signaal wordt gescheiden door een demultiplexer en vervolgens verzonden naar een coherente ontvangerarray (Coh. Rx). Hiervan wordt de demultiplexfrequentie van de lokale oscillator LO gebruikt als fasereferentie voor elke coherente ontvanger. De prestaties van deze Wavelength Division Multiplexing-verbinding hangen uiteraard grotendeels af van de basiskamsignaalgenerator, met name de lichtbreedte en het optische vermogen van elke kamlijn.
Uiteraard bevindt de technologie van optische frequentiekammen zich nog in de ontwikkelingsfase en zijn de toepassingsscenario's en de omvang van de markt relatief klein. Als technologische knelpunten kunnen worden overwonnen, kosten kunnen worden verlaagd en de betrouwbaarheid kan worden verbeterd, kan dit grootschalige toepassingen in optische transmissie opleveren.
Plaatsingstijd: 19-12-2024