همانطور که می‌دانیم، از دهه ۱۹۹۰، فناوری WDM برای لینک‌های فیبر نوری با مسافت طولانی صدها یا حتی هزاران کیلومتر مورد استفاده قرار گرفته است. برای اکثر مناطق کشور، زیرساخت فیبر گران‌ترین دارایی آن است، در حالی که هزینه اجزای فرستنده-گیرنده نسبتاً پایین است.
با این حال، با انفجار نرخ داده در شبکه‌هایی مانند 5G، فناوری WDM در لینک‌های کوتاه‌برد نیز اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند، که در حجم‌های بسیار بزرگتری مستقر می‌شوند و بنابراین نسبت به هزینه و اندازه مجموعه‌های فرستنده-گیرنده حساس‌تر هستند.
در حال حاضر، این شبکه‌ها هنوز به هزاران فیبر نوری تک حالته که به صورت موازی از طریق کانال‌های مالتی‌پلکس تقسیم فضا منتقل می‌شوند، متکی هستند و نرخ داده نسبتاً پایینی دارند که حداکثر چند صد گیگابیت بر ثانیه (800 گیگابیت) در هر کانال است و تعداد کمی از کاربردهای ممکن در کلاس T را دارند.
با این حال، در آینده‌ای قابل پیش‌بینی، مفهوم موازی‌سازی فضایی مشترک به زودی به محدودیت‌های مقیاس‌پذیری خود خواهد رسید و باید با موازی‌سازی طیفی جریان‌های داده در هر فیبر تکمیل شود تا افزایش بیشتر نرخ داده را حفظ کند. این امر ممکن است یک فضای کاربردی کاملاً جدید برای فناوری WDM ایجاد کند که در آن حداکثر مقیاس‌پذیری از نظر تعداد کانال‌ها و نرخ داده بسیار مهم است.
در این زمینه،مولد شانه فرکانس نوری (FCG)به عنوان یک منبع نور فشرده، ثابت و چند طول موجی که می‌تواند تعداد زیادی حامل نوری با تعریف مشخص را فراهم کند، نقش کلیدی ایفا می‌کند. علاوه بر این، یک مزیت بسیار مهم شانه‌های فرکانس نوری این است که خطوط شانه ذاتاً از نظر فرکانسی هم فاصله هستند، بنابراین نیاز به باندهای محافظ بین کانالی را کاهش می‌دهد و از کنترل فرکانسی که برای یک خط واحد در یک طرح مرسوم با استفاده از آرایه‌ای از لیزرهای DFB مورد نیاز است، اجتناب می‌کند.
لازم به ذکر است که این مزایا نه تنها در مورد فرستنده‌های WDM، بلکه در مورد گیرنده‌های آنها نیز صدق می‌کند، جایی که آرایه‌های نوسان‌ساز محلی گسسته (LO) را می‌توان با یک مولد شانه‌ای واحد جایگزین کرد. استفاده از مولدهای شانه‌ای LO پردازش سیگنال دیجیتال را برای کانال‌های WDM بیشتر تسهیل می‌کند و در نتیجه پیچیدگی گیرنده را کاهش و تحمل نویز فاز را افزایش می‌دهد.
علاوه بر این، استفاده از سیگنال‌های شانه‌ای LO با قفل فاز برای دریافت همدوس موازی، حتی امکان بازسازی شکل موج حوزه زمان کل سیگنال WDM را فراهم می‌کند و در نتیجه اختلالات ناشی از غیرخطی بودن نوری در فیبر انتقال را جبران می‌کند. علاوه بر این مزایای مفهومی انتقال سیگنال مبتنی بر شانه، اندازه کوچکتر و تولید انبوه مقرون به صرفه نیز برای فرستنده-گیرنده‌های WDM آینده کلیدی هستند.
بنابراین، در میان مفاهیم مختلف مولد سیگنال شانه‌ای، دستگاه‌های در مقیاس تراشه مورد توجه ویژه‌ای هستند. چنین دستگاه‌هایی هنگامی که با مدارهای مجتمع فوتونیکی بسیار مقیاس‌پذیر برای مدولاسیون، مالتی‌پلکسینگ، مسیریابی و دریافت سیگنال داده ترکیب می‌شوند، می‌توانند کلید فرستنده-گیرنده‌های WDM فشرده و بسیار کارآمد باشند که می‌توانند در مقادیر زیاد با هزینه کم ساخته شوند و ظرفیت انتقال تا ده‌ها ترابیت بر ثانیه در هر فیبر را داشته باشند.
شکل زیر شماتیک یک فرستنده WDM را با استفاده از یک FCG شانه فرکانس نوری به عنوان منبع نور چند طول موجی نشان می‌دهد. سیگنال شانه FCG ابتدا در یک دی مالتی پلکسر (DEMUX) جدا شده و سپس وارد یک مدولاتور الکترواپتیکی EOM می‌شود. از طریق آن، سیگنال تحت مدولاسیون دامنه مربعی QAM پیشرفته برای راندمان طیفی بهینه (SE) قرار می‌گیرد.
در خروجی فرستنده، کانال‌ها در یک مالتی‌پلکسر (MUX) دوباره ترکیب می‌شوند و سیگنال‌های WDM از طریق فیبر تک حالته منتقل می‌شوند. در سمت گیرنده، گیرنده مالتی‌پلکسر تقسیم طول موج (WDM Rx)، از نوسان‌ساز محلی LO مربوط به دومین FCG برای تشخیص همدوس چند طول موجی استفاده می‌کند. کانال‌های سیگنال‌های WDM ورودی توسط یک دی‌مالتی‌پلکسر از هم جدا شده و به آرایه گیرنده همدوس (Coh. Rx) تغذیه می‌شوند، که در آن فرکانس دی‌مالتی‌پلکسر نوسان‌ساز محلی LO به عنوان مرجع فاز برای هر گیرنده همدوس استفاده می‌شود. عملکرد چنین لینک‌های WDM بدیهی است که تا حد زیادی به مولد سیگنال شانه‌ای زیرین، به ویژه پهنای خط نوری و توان نوری در هر خط شانه‌ای 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 فنی غلبه کند، هزینه‌ها را کاهش دهد و قابلیت اطمینان را بهبود بخشد، آنگاه دستیابی به کاربردهای در سطح مقیاس در انتقال نوری امکان‌پذیر خواهد بود.
زمان ارسال: ۲۱ نوامبر ۲۰۲۴