Seit den 1990er Jahren wird die WDM-Wellenlängenmultiplextechnologie für Glasfaserverbindungen über Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern eingesetzt. In den meisten Ländern und Regionen ist die Glasfaserinfrastruktur das teuerste Kapital, während die Kosten für Transceiver-Komponenten relativ gering sind.
Mit dem explosionsartigen Anstieg der Datenübertragungsraten in Netzwerken wie 5G hat die WDM-Technologie jedoch bei Kurzstreckenverbindungen zunehmend an Bedeutung gewonnen, und das Einsatzvolumen von Kurzstreckenverbindungen ist viel größer, wodurch die Kosten und die Größe der Transceiverkomponenten sensibler werden.
Derzeit basieren diese Netzwerke noch auf Tausenden von Singlemode-Glasfasern für die parallele Übertragung über Raummultiplexkanäle, und die Datenrate jedes Kanals ist relativ niedrig, höchstens einige hundert Gbit/s (800 G). Die Anwendungsmöglichkeiten der T-Ebene sind möglicherweise begrenzt.
Doch in absehbarer Zukunft wird das Konzept der herkömmlichen räumlichen Parallelisierung bald seine Skalierbarkeitsgrenzen erreichen und muss durch eine spektrale Parallelisierung der Datenströme in jeder Faser ergänzt werden, um weitere Verbesserungen der Datenraten zu ermöglichen. Dies könnte einen völlig neuen Anwendungsbereich für die Wellenlängenmultiplextechnologie eröffnen, bei der die maximale Skalierbarkeit von Kanalanzahl und Datenrate entscheidend ist.
In diesem Fall kann der Frequenzkammgenerator (FCG) als kompakte und feste Mehrwellenlängenlichtquelle eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger liefern und spielt somit eine entscheidende Rolle. Ein besonders wichtiger Vorteil des optischen Frequenzkamms besteht darin, dass die Kammlinien im Wesentlichen frequenzgleich sind. Dies kann die Anforderungen an Schutzbänder zwischen den Kanälen verringern und die für einzelne Linien in herkömmlichen Systemen mit DFB-Laserarrays erforderliche Frequenzsteuerung vermeiden.
Diese Vorteile gelten nicht nur für den Sender im Wellenlängenmultiplex, sondern auch für den Empfänger, bei dem das diskrete Lokaloszillator-Array (LO) durch einen einzelnen Kammgenerator ersetzt werden kann. Der Einsatz von LO-Kammgeneratoren erleichtert die digitale Signalverarbeitung in Wellenlängenmultiplexkanälen zusätzlich, reduziert dadurch die Empfängerkomplexität und verbessert die Phasenrauschtoleranz.
Darüber hinaus kann durch die Verwendung von LO-Kammsignalen mit Phasenkopplung für parallelen kohärenten Empfang sogar die Zeitbereichswellenform des gesamten Wellenlängenmultiplexsignals rekonstruiert und so die durch die optische Nichtlinearität der Übertragungsfaser verursachten Schäden kompensiert werden. Neben den konzeptionellen Vorteilen der Kammsignalübertragung sind auch die geringere Größe und die wirtschaftliche Großserienproduktion Schlüsselfaktoren für zukünftige Wellenlängenmultiplex-Transceiver.
Daher sind Bauelemente auf Chipebene unter den verschiedenen Kammsignalgeneratorkonzepten besonders hervorzuheben. In Kombination mit hochskalierbaren photonischen integrierten Schaltkreisen für Datensignalmodulation, Multiplexing, Routing und Empfang könnten solche Bauelemente der Schlüssel zu kompakten und effizienten Wellenlängenmultiplex-Transceivern sein, die in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können und Übertragungskapazitäten von mehreren zehn Tbit/s pro Faser aufweisen.
Am Ausgang der Sendeseite werden die einzelnen Kanäle durch einen Multiplexer (MUX) rekombiniert, und das Wellenlängenmultiplexsignal wird über eine Singlemode-Faser übertragen. Empfangsseitig nutzt der Wellenlängenmultiplexempfänger (WDM Rx) den LO-Lokaloszillator des zweiten FCG zur Erkennung von Mehrwellenlängeninterferenzen. Die Kanäle des eingehenden Wellenlängenmultiplexsignals werden durch einen Demultiplexer getrennt und anschließend an ein kohärentes Empfängerarray (Coh. Rx) gesendet. Dabei dient die Demultiplexfrequenz des LO-Lokaloszillators als Phasenreferenz für jeden kohärenten Empfänger. Die Leistung dieser Wellenlängenmultiplexverbindung hängt maßgeblich vom zugrundeliegenden Kammsignalgenerator ab, insbesondere von der Lichtbreite und der optischen Leistung jeder Kammlinie.
Natürlich befindet sich die optische Frequenzkammtechnologie noch in der Entwicklungsphase, und ihre Anwendungsszenarien und ihr Marktvolumen sind relativ gering. Wenn es gelingt, technologische Engpässe zu überwinden, Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit zu verbessern, könnte sie skalierbare Anwendungen in der optischen Übertragung ermöglichen.
Veröffentlichungszeit: 19. Dezember 2024