Wir wissen, dass die WDM-Wellenlängenmultiplex-Technologie seit den 1990er-Jahren für Glasfaserverbindungen über große Entfernungen von Hunderten oder sogar Tausenden von Kilometern eingesetzt wird. Für die meisten Länder und Regionen ist die Glasfaserinfrastruktur ihr teuerstes Gut, während die Kosten für die Transceiver-Komponenten vergleichsweise gering sind.
Angesichts des explosionsartigen Wachstums der Datenübertragungsraten in Netzwerken wie 5G ist die WDM-Technologie jedoch bei Kurzstreckenverbindungen immer wichtiger geworden, und das Einsatzvolumen von Kurzstreckenverbindungen ist viel größer, wodurch die Kosten und die Größe der Transceiver-Komponenten stärker in den Fokus rücken.
Aktuell basieren diese Netzwerke noch auf Tausenden von Singlemode-Glasfasern für die parallele Übertragung über Raummultiplexkanäle, wobei die Datenrate jedes Kanals relativ gering ist und maximal nur einige hundert Gbit/s (800G) beträgt. T-Level-Netzwerke haben daher möglicherweise nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten.
Doch in absehbarer Zeit stößt das Konzept der herkömmlichen räumlichen Parallelisierung an seine Grenzen und muss durch eine Spektrumparallelisierung der Datenströme in jeder Faser ergänzt werden, um weitere Datenratensteigerungen zu erzielen. Dies könnte ein völlig neues Anwendungsgebiet für die Wellenlängenmultiplex-Technologie eröffnen, in dem maximale Skalierbarkeit der Kanalanzahl und der Datenrate entscheidend ist.
In diesem Fall kann der Frequenzkammgenerator (FCG) als kompakte und feststehende Mehrwellenlängen-Lichtquelle eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger bereitstellen und spielt somit eine entscheidende Rolle. Ein weiterer wichtiger Vorteil des optischen Frequenzkamms besteht darin, dass die Kammlinien im Wesentlichen frequenzäquidistant sind. Dies reduziert die Anforderungen an die Schutzbänder zwischen den Kanälen und vermeidet die Frequenzsteuerung, die bei herkömmlichen DFB-Laserarrays für einzelne Linien erforderlich ist.
Es ist anzumerken, dass diese Vorteile nicht nur für den Sender im Wellenlängenmultiplexverfahren, sondern auch für den Empfänger gelten, bei dem das diskrete Lokaloszillator-Array (LO-Array) durch einen einzelnen Kammgenerator ersetzt werden kann. Der Einsatz von LO-Kammgeneratoren vereinfacht die digitale Signalverarbeitung in Wellenlängenmultiplexkanälen und reduziert so die Komplexität des Empfängers sowie die Phasenrauschtoleranz.
Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von LO-Kammsignalen mit Phasenverriegelung für den parallelen kohärenten Empfang sogar die Rekonstruktion der Zeitbereichswellenform des gesamten Wellenlängenmultiplexsignals und kompensiert so die durch die optische Nichtlinearität der Übertragungsfaser verursachten Schäden. Neben den konzeptionellen Vorteilen der Kammsignalübertragung sind die geringe Größe und die wirtschaftliche Massenproduktion Schlüsselfaktoren für zukünftige Wellenlängenmultiplex-Transceiver.
Daher sind unter den verschiedenen Kammsignalgeneratorkonzepten Bauelemente auf Chipebene besonders hervorzuheben. In Kombination mit hochskalierbaren photonischen integrierten Schaltungen zur Datensignalmodulation, zum Multiplexing, Routing und Empfang könnten solche Bauelemente der Schlüssel zu kompakten und effizienten Wellenlängenmultiplex-Transceivern sein, die sich kostengünstig in großen Stückzahlen herstellen lassen und Übertragungskapazitäten von mehreren zehn Terabit/s pro Faser ermöglichen.
Am Senderausgang werden die einzelnen Kanäle mittels eines Multiplexers (MUX) wieder zusammengeführt und das Wellenlängenmultiplexsignal über eine Singlemode-Faser übertragen. Am Empfängerende nutzt der Wellenlängenmultiplexempfänger (WDM-Empfänger, WDM-Empfänger, LO) des zweiten Frequenzkammgenerators (FCG) den LO des lokalen Oszillators zur Detektion von Mehrwellenlängeninterferenzen. Die Kanäle des eingehenden Wellenlängenmultiplexsignals werden durch einen Demultiplexer getrennt und anschließend an ein kohärentes Empfängerarray (Coh.-Empfänger, Coh.-Empfänger) weitergeleitet. Die Demultiplexfrequenz des LO dient dabei als Phasenreferenz für jeden kohärenten Empfänger. Die Leistungsfähigkeit dieser Wellenlängenmultiplexverbindung hängt maßgeblich vom Basis-Kammsignalgenerator ab, insbesondere von der Lichtbreite und der optischen Leistung jeder Kammlinie.
Die Technologie optischer Frequenzkämme befindet sich natürlich noch in der Entwicklungsphase, und ihre Anwendungsbereiche und ihr Marktvolumen sind vergleichsweise gering. Gelingt es ihr jedoch, technologische Hürden zu überwinden, die Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit zu verbessern, könnte sie in der optischen Übertragung breite Anwendung finden.
Veröffentlichungsdatum: 19. Dezember 2024