Zoals we weten, wordt WDM-technologie al sinds de jaren negentig gebruikt voor langeafstandsglasvezelverbindingen van honderden of zelfs duizenden kilometers. Voor de meeste regio's in het land is glasvezelinfrastructuur de duurste bezitting, terwijl de kosten van transceivercomponenten relatief laag zijn.
Met de explosieve groei van de datasnelheden in netwerken zoals 5G wordt WDM-technologie echter ook steeds belangrijker voor korteafstandsverbindingen, die in veel grotere volumes worden ingezet en daarom gevoeliger zijn voor de kosten en de omvang van de transceiver-assemblage.
Momenteel zijn deze netwerken nog steeds afhankelijk van duizenden single-mode optische vezels die parallel worden verzonden via kanalen van space division multiplexing, met relatief lage gegevenssnelheden van maximaal een paar honderd Gbit/s (800G) per kanaal, met een klein aantal mogelijke toepassingen in de T-klasse.
In de nabije toekomst zal het concept van gemeenschappelijke ruimtelijke parallellisatie echter snel de grenzen van zijn schaalbaarheid bereiken en zal het moeten worden aangevuld met spectrale parallellisatie van de datastromen in elke vezel om verdere toename van de datasnelheden te ondersteunen. Dit kan een geheel nieuwe toepassingsruimte voor WDM-technologie openen, waarbij maximale schaalbaarheid in termen van aantal kanalen en datasnelheid cruciaal is.
In deze context,de optische frequentiekamgenerator (FCG)Speelt een sleutelrol als compacte, vaste lichtbron met meerdere golflengten die een groot aantal goed gedefinieerde optische draaggolven kan leveren. Een bijzonder belangrijk voordeel van optische frequentiekammen is bovendien dat de kamlijnen intrinsiek equidistant zijn in frequentie, waardoor de vereiste voor interkanaal-guard bands vervalt en de frequentieregeling die nodig zou zijn voor één lijn in een conventioneel systeem met een reeks DFB-lasers, wordt vermeden.
Het is belangrijk om te weten dat deze voordelen niet alleen gelden voor WDM-zenders, maar ook voor hun ontvangers, waar discrete lokale oscillator (LO)-arrays vervangen kunnen worden door een enkele kamgenerator. Het gebruik van LO-kamgeneratoren vergemakkelijkt de digitale signaalverwerking voor WDM-kanalen verder, waardoor de complexiteit van de ontvanger wordt verminderd en de tolerantie voor faseruis toeneemt.
Bovendien maakt het gebruik van LO-kamsignalen met fasevergrendeling voor parallelle coherente ontvangst het zelfs mogelijk om de tijddomeingolfvorm van het volledige WDM-signaal te reconstrueren, waardoor verstoringen veroorzaakt door optische niet-lineariteiten in de transmissievezel worden gecompenseerd. Naast deze conceptuele voordelen van kamgebaseerde signaaloverdracht zijn kleinere afmetingen en kosteneffectieve massaproductie ook essentieel voor toekomstige WDM-transceivers.
Daarom zijn chip-scale apparaten van bijzonder belang binnen de verschillende concepten voor kamsignaalgeneratoren. In combinatie met zeer schaalbare fotonische geïntegreerde schakelingen voor datasignaalmodulatie, multiplexing, routering en ontvangst, kunnen dergelijke apparaten de sleutel vormen tot compacte, zeer efficiënte WDM-transceivers die in grote aantallen en tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd, met transmissiecapaciteiten tot tientallen Tbit/s per vezel.
De volgende afbeelding toont een schema van een WDM-zender die een optische frequentiekam-FCG gebruikt als lichtbron met meerdere golflengten. Het FCG-kamsignaal wordt eerst gescheiden in een demultiplexer (DEMUX) en gaat vervolgens naar een EOM-elektro-optische modulator. Vervolgens wordt het signaal onderworpen aan geavanceerde QAM-kwadratuuramplitudemodulatie voor optimale spectrale efficiëntie (SE).
Aan de uitgang van de zender worden de kanalen gecombineerd in een multiplexer (MUX) en worden de WDM-signalen verzonden via single-mode glasvezel. Aan de ontvangstzijde gebruikt de Wavelength Division Multiplexing-ontvanger (WDM Rx) de lokale oscillator LO van de 2e FCG voor coherente detectie met meerdere golflengten. De kanalen van de WDM-ingangssignalen worden gescheiden door een demultiplexer en naar de coherente ontvangerarray (Coh. Rx) gestuurd, waar de demultiplexfrequentie van de lokale oscillator LO wordt gebruikt als fasereferentie voor elke coherente ontvanger. De prestaties van dergelijke WDM-verbindingen hangen uiteraard in grote mate af van de onderliggende kamsignaalgenerator, met name de optische lijnbreedte en het optische vermogen per kamlijn.
Uiteraard bevindt de optische frequentiekamtechnologie zich nog in de ontwikkelingsfase en zijn de toepassingsscenario's en de marktomvang relatief klein. Als technische knelpunten kunnen worden overwonnen, kosten kunnen worden verlaagd en de betrouwbaarheid kan worden verbeterd, dan is het mogelijk om toepassingen op schaalniveau in optische transmissie te realiseren.
Plaatsingstijd: 21-11-2024