Wir wissen, dass die WDM-Wellenlängenmultiplextechnologie seit den 1990er Jahren für Glasfaser-Langstreckenverbindungen über Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern eingesetzt wird. Für die meisten Länder und Regionen ist die Glasfaserinfrastruktur das teuerste Kapital, während die Kosten für Transceiver-Komponenten relativ niedrig 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 empfindlicher 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). T-Level hat möglicherweise nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten.
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 Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger bereitstellen und spielt somit eine entscheidende Rolle. Ein besonders wichtiger Vorteil des optischen Frequenzkamms besteht außerdem darin, dass die Kammlinien im Wesentlichen frequenzgleich sind, wodurch die Anforderungen an Schutzbänder zwischen den Kanälen gemildert und die für einzelne Linien erforderliche Frequenzsteuerung in herkömmlichen Systemen mit DFB-Laserarrays vermieden werden können.
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 und reduziert so die Empfängerkomplexität und verbessert die Phasenrauschtoleranz.
Darüber hinaus kann durch die Verwendung von LO-Kammsignalen mit Phasenverriegelungsfunktion 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 wichtige Faktoren für zukünftige Wellenlängenmultiplex-Transceiver.
Daher sind Bauelemente auf Chipebene unter den verschiedenen Konzepten für Kammsignalgeneratoren 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 über eine Singlemode-Faser übertragen. Auf der Empfangsseite 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 dann 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 offensichtlich stark vom zugrunde liegenden 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, die Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit zu verbessern, könnte sie in großem Maßstab in der optischen Übertragung eingesetzt werden.
Veröffentlichungszeit: 19. Dezember 2024