Wir wissen, dass die WDM-Wellenlängenmultiplextechnologie seit den 1990er Jahren für Glasfaserverbindungen über große Entfernungen über Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern eingesetzt wird. Für die meisten Länder und Regionen ist die Glasfaserinfrastruktur das teuerste Gut, während die Kosten für Transceiver-Komponenten relativ niedrig sind.
Mit dem explosionsartigen Wachstum der Netzwerkdatenübertragungsraten wie 5G hat die WDM-Technologie jedoch bei Kurzstreckenverbindungen immer mehr an Bedeutung gewonnen, und das Einsatzvolumen von Kurzverbindungen ist viel größer, wodurch die Kosten und die Größe der Transceiver-Komponenten sensibler werden.
Derzeit sind diese Netzwerke immer noch auf Tausende von Singlemode-Glasfasern für die parallele Übertragung über Raummultiplexkanäle angewiesen, und die Datenrate jedes Kanals ist relativ niedrig und beträgt höchstens einige hundert Gbit/s (800 G). T-Level kann begrenzte Einsatzmöglichkeiten haben.
Doch in absehbarer Zukunft wird das Konzept der gewöhnlichen räumlichen Parallelisierung bald an seine Skalierbarkeitsgrenze stoßen und muss durch eine spektrale Parallelisierung der Datenströme in jeder Faser ergänzt werden, um weitere Verbesserungen der Datenraten aufrechtzuerhalten. Dies eröffnet möglicherweise einen völlig neuen Anwendungsbereich für die Wellenlängenmultiplex-Technologie, bei der die maximale Skalierbarkeit der Kanalanzahl und Datenrate von entscheidender Bedeutung ist.
In diesem Fall kann der Frequenzkammgenerator (FCG) als kompakte und feste Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger bereitstellen und spielt somit eine entscheidende Rolle. Darüber hinaus besteht ein besonders wichtiger Vorteil des optischen Frequenzkamms darin, dass die Kammlinien im Wesentlichen äquidistant in der Frequenz sind, was die Anforderungen an Schutzbänder zwischen Kanälen lockern und die Frequenzsteuerung vermeiden kann, die für einzelne Linien in herkömmlichen Schemata mit DFB-Laser-Arrays erforderlich ist.
Es ist zu beachten, dass diese Vorteile nicht nur für den Wellenlängenmultiplex-Sender gelten, sondern auch für dessen Empfänger, bei dem das diskrete lokale Oszillator-Array (LO) durch einen einzelnen Kammgenerator ersetzt werden kann. Der Einsatz von LO-Kammgeneratoren kann die digitale Signalverarbeitung in Wellenlängenmultiplexkanälen weiter erleichtern, wodurch die Empfängerkomplexität reduziert und die Phasenrauschtoleranz verbessert wird.
Darüber hinaus kann die Verwendung von LO-Kammsignalen mit phasenverriegelter Funktion für parallelen kohärenten Empfang sogar die Zeitbereichswellenform des gesamten Wellenlängenmultiplexsignals rekonstruieren und so den durch die optische Nichtlinearität der Übertragungsfaser verursachten Schaden kompensieren. Neben den konzeptionellen Vorteilen, die auf der Kammsignalübertragung basieren, sind auch eine geringere Größe und eine wirtschaftlich effiziente Großserienproduktion Schlüsselfaktoren für zukünftige Wellenlängenmultiplex-Transceiver.
Unter den verschiedenen Kammsignalgeneratorkonzepten sind daher Chip-Level-Geräte besonders hervorzuheben. In Kombination mit hochskalierbaren photonischen integrierten Schaltkreisen für die Modulation, das Multiplexen, das Routing und den Empfang von Datensignalen können solche Geräte zum Schlüssel für kompakte und effiziente Wellenlängenmultiplex-Transceiver werden, die in großen Mengen zu geringen Kosten hergestellt werden können und eine Übertragungskapazität von mehreren zehn haben Tbit/s pro Glasfaser.
Am Ausgang des sendenden Endes wird jeder Kanal über einen Multiplexer (MUX) wieder zusammengeführt und das Wellenlängenmultiplexsignal wird über eine Singlemode-Faser übertragen. Auf der Empfangsseite nutzt der Wellenlängenmultiplexempfänger (WDM Rx) den lokalen LO-Oszillator des zweiten FCG zur Erkennung von Interferenzen bei mehreren Wellenlängen. Der Kanal des eingegebenen Wellenlängenmultiplexsignals wird durch einen Demultiplexer getrennt und dann an ein kohärentes Empfängerarray (Coh. Rx) gesendet. Dabei wird die Demultiplexfrequenz des lokalen Oszillators LO als Phasenreferenz für jeden kohärenten Empfänger verwendet. Die Leistung dieser Wellenlängenmultiplexverbindung hängt offensichtlich weitgehend vom grundlegenden Kammsignalgenerator ab, insbesondere von der Breite des Lichts und der optischen Leistung jeder Kammlinie.
Natürlich befindet sich die optische Frequenzkammtechnologie noch im Entwicklungsstadium und ihre Anwendungsszenarien und Marktgröße sind relativ klein. Wenn es gelingt, technologische Engpässe zu überwinden, Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit zu verbessern, könnte es zu groß angelegten Anwendungen in der optischen Übertragung kommen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Dezember 2024