شانه های فرکانس نوری و انتقال نوری؟

همانطور که می دانیم، از دهه 1990، فناوری WDM WDM برای پیوندهای فیبر نوری در مسافت های طولانی صدها یا حتی هزاران کیلومتر استفاده شده است. برای اکثر مناطق کشور، زیرساخت فیبر گران ترین دارایی آن است، در حالی که هزینه قطعات فرستنده گیرنده نسبتا پایین است.
با این حال، با انفجار نرخ داده در شبکه‌هایی مانند 5G، فناوری WDM در پیوندهای کوتاه‌مدت 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 شبکه ها همچنان به هزاران فیبر نوری تک حالته متکی هستند که به صورت موازی از طریق کانال های مالتی پلکس تقسیم فضا، با نرخ داده نسبتا پایین حداکثر چند صد گیگابیت بر ثانیه (800 گیگ) در هر کانال، با تعداد کمی امکان انتقال داده می شوند. برنامه های کاربردی در کلاس T

با این حال، در آینده 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 در نرخ داده‌ها حفظ شود. این ممکن است فضای کاربردی جدیدی را برای فناوری WDM باز کند، که در آن حداکثر مقیاس پذیری از نظر تعداد کانال ها و نرخ داده بسیار مهم است.

در این زمینه،ژنراتور شانه فرکانس نوری (FCG)نقش کلیدی را به عنوان یک منبع نوری فشرده، ثابت و چند طول موج ایفا می کند که می تواند تعداد زیادی حامل نوری کاملاً مشخص را ارائه دهد. بعلاوه، یک مزیت ویژه مهم شانه های فرکانس نوری این است که خطوط شانه ذاتاً از نظر فرکانس مساوی هستند، بنابراین نیاز به باندهای محافظ بین کانالی را کاهش می دهد و از کنترل فرکانس که برای یک خط در یک طرح معمولی با استفاده از استفاده می شود اجتناب می کند. آرایه ای از لیزرهای DFB

توجه به این نکته مهم است که این مزایا نه تنها برای فرستنده های WDM بلکه برای گیرنده های آنها نیز اعمال می شود، جایی که آرایه های نوسان ساز محلی (LO) گسسته را می توان با یک ژنراتور تک شانه جایگزین کرد. استفاده از ژنراتورهای LO comb پردازش سیگنال دیجیتال را برای کانال های WDM تسهیل می کند و در نتیجه پیچیدگی گیرنده را کاهش می دهد و تحمل نویز فاز را افزایش می دهد.

علاوه بر این، استفاده از سیگنال‌های شانه‌ای LO با قفل فاز برای دریافت منسجم موازی، حتی بازسازی شکل موج دامنه زمان کل سیگنال WDM را ممکن می‌سازد، بنابراین آسیب‌های ناشی از غیرخطی‌های 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 فرستنده‌های WDM آینده کلیدی است.
بنابراین، در میان مفاهیم مختلف ژنراتور سیگنال شانه، دستگاه های مقیاس تراشه از علاقه خاصی برخوردار هستند. هنگامی که با مدارهای مجتمع فوتونیک بسیار مقیاس‌پذیر برای مدولاسیون سیگنال داده، مالتی پلکس، مسیریابی و دریافت ترکیب می‌شوند، چنین دستگاه‌هایی ممکن است کلید فرستنده‌های فشرده و بسیار کارآمد WDM را داشته باشند که می‌توانند در مقادیر زیاد با هزینه کم، با ظرفیت‌های انتقال تا ده‌ها ساخته شوند. Tbit/s در هر فیبر.

شکل زیر شماتیکی از یک فرستنده WDM را با استفاده از یک شانه فرکانس نوری FCG به عنوان منبع نور چند طول موجی نشان می دهد. از طریق، سیگنال برای بازده طیفی بهینه (SE) تحت مدولاسیون دامنه مربعات پیشرفته QAM قرار می گیرد.

در خروجی فرستنده، کانال ها در یک مالتی پلکسر (MUX) دوباره ترکیب می شوند و سیگنال های WDM از طریق فیبر تک حالته منتقل می شوند. در انتهای دریافت، گیرنده مالتی پلکسی تقسیم طول موج (WDM Rx)، از نوسانگر محلی LO 2nd FCG برای تشخیص همدوس چند طول موجی استفاده می کند. کانال‌های سیگنال‌های ورودی WDM توسط یک دی مولتی پلکسر جدا شده و به آرایه گیرنده منسجم (Coh. Rx) تغذیه می‌شوند. که در آن فرکانس دی مالتیپلکسی نوسانگر محلی LO به عنوان مرجع فاز برای هر گیرنده همدوس استفاده می شود. عملکرد چنین پیوندهای WDM بدیهی است که تا حد زیادی به مولد سیگنال شانه زیرین، به ویژه عرض خط نوری و توان نوری در 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 فنی غلبه کند، هزینه ها را کاهش دهد و قابلیت اطمینان را بهبود بخشد، در این صورت امکان دستیابی به کاربردهای سطح مقیاس در انتقال نوری وجود خواهد داشت.