We weten dat WDM-golflengteverdelingsmultiplexing sinds de jaren negentig wordt gebruikt voor langeafstandsverbindingen via glasvezel, die honderden of zelfs duizenden kilometers overbruggen. Voor de meeste landen en regio's is de glasvezelinfrastructuur de duurste investering, terwijl de kosten van de zendontvangercomponenten relatief laag zijn.
Met de explosieve groei van de gegevensoverdrachtssnelheden in netwerken zoals 5G is WDM-technologie echter steeds belangrijker geworden voor verbindingen over korte afstanden. Het aantal uitrolbare korte verbindingen neemt aanzienlijk toe, waardoor de kosten en de omvang van de zendontvangercomponenten een grotere rol spelen.
Momenteel maken deze netwerken nog steeds gebruik van duizenden single-mode glasvezels voor parallelle transmissie via ruimtelijke multiplexingkanalen, en de datasnelheid van elk kanaal is relatief laag, maximaal slechts een paar honderd Gbit/s (800G). T-level heeft daardoor mogelijk beperkte toepassingen.
Maar in de nabije toekomst zal het concept van gewone ruimtelijke parallelisatie al snel 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 nieuw toepassingsgebied openen voor golflengteverdelingmultiplexingtechnologie, waar maximale schaalbaarheid van het aantal kanalen en de 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 speelt daarmee een cruciale rol. Bovendien is een bijzonder belangrijk voordeel van de optische frequentiekam dat de frequenties van de kamlijnen in wezen even ver uit elkaar liggen. Dit versoepelt de eisen voor interkanaal-beschermingsbanden en vermijdt de frequentiecontrole die nodig is voor afzonderlijke lijnen in traditionele schema's met DFB-laserarrays.
Het is belangrijk op te merken dat deze voordelen niet alleen gelden voor de zender van golflengtemultiplexing, maar ook voor 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 golflengtemultiplexingkanalen verder vereenvoudigen, waardoor de complexiteit van de ontvanger afneemt en de tolerantie voor faseruis verbetert.
Bovendien kan het gebruik van LO-kamsignalen met fasevergrendeling voor parallelle coherente ontvangst zelfs de tijdsdomein-golfvorm van het gehele golflengtemultiplexsignaal reconstrueren, waardoor de schade veroorzaakt door de optische niet-lineariteit van de transmissievezel wordt gecompenseerd. Naast de conceptuele voordelen van kamsignaaloverdracht zijn een kleiner formaat en economisch efficiënte grootschalige productie ook belangrijke factoren voor toekomstige golflengtemultiplextransceivers.
Daarom zijn chipniveau-apparaten, te midden van de verschillende concepten voor kamsignaalgeneratoren, bijzonder opmerkelijk. In combinatie met zeer schaalbare fotonische geïntegreerde schakelingen voor datasignaalmodulatie, multiplexing, routing en ontvangst, kunnen dergelijke apparaten de sleutel vormen tot compacte en efficiënte golflengteverdelingmultiplex-transceivers die in grote aantallen en tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd, met een transmissiecapaciteit van tientallen Tbit/s per vezel.
Aan de zendzijde wordt elk kanaal opnieuw gecombineerd via een multiplexer (MUX), waarna het golflengtemultiplexsignaal via een single-mode glasvezel wordt verzonden. Aan de ontvangstzijde gebruikt de golflengtemultiplexontvanger (WDM Rx) de lokale oscillator (LO) van de tweede FCG voor de detectie van interferentie tussen meerdere golflengten. Het kanaal van het ingangsgolflengtemultiplexsignaal wordt gescheiden door een demultiplexer en vervolgens naar een coherente ontvangerarray (Coh. Rx) gestuurd. De demultiplexfrequentie van de lokale oscillator (LO) wordt gebruikt als fasereferentie voor elke coherente ontvanger. De prestaties van deze golflengtemultiplexverbinding zijn uiteraard sterk afhankelijk van de basis kamsignaalgenerator, met name de breedte van het licht en het optische vermogen van elke kamlijn.
Uiteraard bevindt de optische frequentiekamtechnologie zich nog in de ontwikkelingsfase, en zijn de toepassingsmogelijkheden en de marktomvang relatief klein. Als technologische knelpunten kunnen worden overwonnen, de kosten kunnen worden verlaagd en de betrouwbaarheid kan worden verbeterd, kan de technologie wellicht op grote schaal worden toegepast in optische transmissie.
Geplaatst op: 19 december 2024