Zoals we weten, wordt WDM-technologie sinds de jaren negentig gebruikt voor langeafstandsverbindingen met glasvezel van honderden of zelfs duizenden kilometers. Voor de meeste regio's in het land is de glasvezelinfrastructuur de duurste investering, terwijl de kosten van de transceivercomponenten relatief laag zijn.
Met de explosieve toename van de datasnelheden in netwerken zoals 5G, wordt WDM-technologie echter ook steeds belangrijker voor korteafstandsverbindingen. Deze verbindingen worden op veel grotere schaal ingezet en zijn daarom gevoeliger voor de kosten en de omvang van de zendontvangers.
Momenteel maken deze netwerken nog steeds gebruik van duizenden single-mode optische vezels die parallel worden verzonden via kanalen met ruimtelijke multiplexing, met relatief lage datasnelheden van maximaal een paar honderd Gbit/s (800G) per kanaal, en een beperkt aantal mogelijke toepassingen in de T-klasse.
In de nabije toekomst zal het concept van algemene ruimtelijke parallelisatie echter snel de grenzen van zijn schaalbaarheid bereiken en zal het moeten worden aangevuld met spectrale parallelisatie van de datastromen in elke vezel om verdere verhogingen van de datasnelheden te kunnen ondersteunen. Dit kan een geheel nieuw toepassingsgebied voor WDM-technologie openen, waarin maximale schaalbaarheid in termen van aantal kanalen en datasnelheid cruciaal is.
In deze context,de optische frequentiekamgenerator (FCG)Het speelt een cruciale rol als compacte, vaste lichtbron met meerdere golflengten die een groot aantal goed gedefinieerde optische dragers kan leveren. Een bijzonder belangrijk voordeel van optische frequentiekammen is bovendien dat de frequenties van de kamlijnen intrinsiek gelijkmatig verdeeld zijn. Hierdoor is er geen behoefte aan beschermingsbanden tussen de kanalen en wordt de frequentiecontrole vermeden die nodig zou zijn voor een enkele lijn in een conventioneel schema met een array van DFB-lasers.
Het is belangrijk op te merken dat deze voordelen niet alleen gelden voor WDM-zenders, maar ook voor hun ontvangers, waar afzonderlijke lokale oscillatoren (LO's) kunnen worden vervangen door een enkele kamgenerator. Het gebruik van LO-kamgeneratoren vereenvoudigt de digitale signaalverwerking voor WDM-kanalen verder, waardoor de complexiteit van de ontvanger afneemt en de tolerantie voor faseruis toeneemt.
Bovendien maakt het gebruik van LO-kamsignalen met fasevergrendeling voor parallelle coherente ontvangst het zelfs mogelijk om de tijdsdomein-golfvorm van het gehele WDM-signaal te reconstrueren, waardoor verstoringen veroorzaakt door optische niet-lineariteiten in de transmissievezel worden gecompenseerd. Naast deze conceptuele voordelen van op kammen gebaseerde signaaloverdracht zijn een kleiner formaat en kosteneffectieve massaproductie ook cruciaal voor toekomstige WDM-transceivers.
Daarom zijn chip-schaalapparaten, binnen de verschillende concepten voor kamsignaalgeneratoren, van bijzonder belang. In combinatie met zeer schaalbare fotonische geïntegreerde schakelingen voor datasignaalmodulatie, multiplexing, routing 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 wel 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 elektro-optische modulator (EOM). Daar wordt het signaal onderworpen aan geavanceerde QAM-kwadratuuramplitudemodulatie voor optimale spectrale efficiëntie (SE).
Aan de uitgang van de zender worden de kanalen opnieuw gecombineerd in een multiplexer (MUX) en worden de WDM-signalen over een single-mode glasvezel verzonden. Aan de ontvangende kant gebruikt de WDM-ontvanger (WDM Rx) de lokale oscillator (LO) van de tweede FCG voor coherente detectie van meerdere golflengten. De kanalen van de inkomende WDM-signalen worden gescheiden door een demultiplexer en naar de coherente ontvangerarray (Coh. Rx) geleid, waar de demultiplexfrequentie van de lokale oscillator (LO) als fasereferentie voor elke coherente ontvanger wordt gebruikt. De prestaties van dergelijke WDM-verbindingen zijn uiteraard in grote mate afhankelijk 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 toepassingsmogelijkheden en de marktomvang relatief klein. Als technische knelpunten kunnen worden overwonnen, de kosten kunnen worden verlaagd en de betrouwbaarheid kan worden verbeterd, dan zal het mogelijk zijn om grootschalige toepassingen in optische transmissie te realiseren.
Geplaatst op: 21 november 2024