شانه فرکانس نوری و انتقال نوری؟

ما می دانیم که از دهه 1990، فناوری مالتی پلکسی تقسیم طول موج WDM برای پیوندهای فیبر نوری در فواصل طولانی صدها یا حتی هزاران کیلومتر استفاده شده است. برای اکثر کشورها و مناطق، زیرساخت فیبر نوری گران ترین دارایی آنها است، در حالی که هزینه قطعات فرستنده گیرنده نسبتاً پایین است.

با این حال، با رشد انفجاری نرخ انتقال داده‌های شبکه مانند 5G، فناوری WDM اهمیت فزاینده‌ای در لینک‌های فاصله کوتاه پیدا کرده است و حجم استقرار پیوندهای کوتاه بسیار بیشتر است و هزینه و اندازه اجزای فرستنده گیرنده را حساس‌تر می‌کند.

در حال حاضر، این شبکه ها هنوز به هزاران فیبر نوری تک حالته برای انتقال موازی از طریق کانال های مالتی پلکس کننده تقسیم فضا متکی هستند و نرخ داده هر کانال نسبتاً پایین است، حداکثر تنها چند صد گیگابیت بر ثانیه (800G). سطح T ممکن است کاربردهای محدودی داشته باشد.

اما در آینده قابل پیش‌بینی، مفهوم موازی‌سازی فضایی معمولی به زودی به حد مقیاس‌پذیری خود خواهد رسید و باید با موازی‌سازی طیفی جریان‌های داده در هر فیبر تکمیل شود تا پیشرفت‌های بیشتر در نرخ داده حفظ شود. این ممکن است فضای کاربردی کاملا جدیدی را برای فناوری مالتی پلکسی تقسیم طول موج باز کند، جایی که حداکثر مقیاس پذیری تعداد کانال و نرخ داده بسیار مهم است.

در این مورد، ژنراتور فرکانس شانه (FCG)، به عنوان یک منبع نوری چند طول موج فشرده و ثابت، می‌تواند تعداد زیادی حامل نوری کاملاً مشخص را ارائه کند، بنابراین نقشی حیاتی ایفا می‌کند. علاوه بر این، یک مزیت ویژه مهم شانه فرکانس نوری این است که خطوط شانه اساساً از نظر فرکانس فاصله دارند، که می تواند الزامات باندهای محافظ بین کانال را کاهش دهد و از کنترل فرکانس مورد نیاز برای خطوط منفرد در طرح های سنتی با استفاده از آرایه های لیزری DFB جلوگیری کند.

لازم به ذکر است که این مزایا نه تنها برای فرستنده مالتی پلکسی تقسیم طول موج، بلکه برای گیرنده آن نیز قابل استفاده است، جایی که آرایه نوسان ساز محلی گسسته (LO) را می توان با یک ژنراتور تک شانه جایگزین کرد. استفاده از ژنراتورهای LO comb می‌تواند پردازش سیگنال دیجیتال را در کانال‌های چندگانه تقسیم طول موج تسهیل کند، در نتیجه پیچیدگی گیرنده را کاهش داده و تحمل نویز فاز را بهبود می‌بخشد.

علاوه بر این، استفاده از سیگنال‌های شانه‌ای LO با عملکرد قفل‌شده فاز برای دریافت منسجم موازی، حتی می‌تواند شکل موج حوزه زمان کل سیگنال مالتی پلکس کننده تقسیم طول موج را بازسازی کند و در نتیجه آسیب ناشی از غیرخطی بودن نوری فیبر انتقال را جبران کند. علاوه بر مزایای مفهومی مبتنی بر انتقال سیگنال شانه ای، اندازه کوچکتر و تولید در مقیاس بزرگ از نظر اقتصادی کارآمد نیز عوامل کلیدی برای فرستنده گیرنده های مالتی پلکس کننده تقسیم طول موج آینده است.

بنابراین، در میان مفاهیم مختلف تولید کننده سیگنال شانه، دستگاه های سطح تراشه به ویژه قابل توجه هستند. هنگامی که با مدارهای مجتمع فوتونیک بسیار مقیاس‌پذیر برای مدولاسیون سیگنال داده، مالتی پلکس، مسیریابی و دریافت ترکیب می‌شوند، چنین دستگاه‌هایی ممکن است کلیدی برای فرستنده‌های مولتی پلکس تقسیم طول موج فشرده و کارآمد باشند که می‌توانند در مقادیر زیاد با هزینه کم، با ظرفیت انتقال ده‌ها دستگاه تولید شوند. Tbit/s در هر فیبر.

در خروجی انتهای ارسال، هر کانال از طریق یک مالتی پلکسر (MUX) دوباره ترکیب می شود و سیگنال تقسیم طول موج چندگانه از طریق فیبر تک حالته منتقل می شود. در انتهای دریافت، گیرنده چندگانه تقسیم طول موج (WDM Rx) از نوسانگر محلی LO FCG دوم برای تشخیص تداخل چند طول موج استفاده می کند. کانال سیگنال مالتی پلکس کننده تقسیم طول موج ورودی توسط یک دی مولتی پلکسر جدا شده و سپس به یک آرایه گیرنده منسجم (Coh. Rx) فرستاده می شود. در میان آنها، فرکانس دی مالتیپلکسی نوسانگر محلی LO به عنوان مرجع فاز برای هر گیرنده منسجم استفاده می شود. عملکرد این پیوند مالتی پلکسی تقسیم طول موج به طور واضح تا حد زیادی به مولد سیگنال پایه شانه، به ویژه عرض نور و قدرت نوری هر خط شانه بستگی دارد.

البته فناوری شانه فرکانس نوری هنوز در مرحله توسعه است و سناریوهای کاربردی و اندازه بازار آن نسبتاً کوچک است. اگر بتواند بر تنگناهای فناوری غلبه کند، هزینه ها را کاهش دهد و قابلیت اطمینان را بهبود بخشد، ممکن است به کاربردهای سطح مقیاس در انتقال نوری دست یابد.