Wie wir wissen, wird die WDM-WDM-Technologie seit den 1990er Jahren für Glasfaser-Langstreckenverbindungen von Hunderten oder sogar Tausenden von Kilometern eingesetzt. Für die meisten Regionen des Landes ist die Glasfaserinfrastruktur das teuerste Gut, während die Kosten für Transceiver-Komponenten relativ niedrig sind.
Mit der explosionsartigen Zunahme der Datenraten in Netzwerken wie 5G wird die WDM-Technologie jedoch auch bei Kurzstreckenverbindungen immer wichtiger, die in viel größeren Mengen eingesetzt werden und daher empfindlicher auf die Kosten und die Größe der Transceiver-Baugruppen reagieren.
Derzeit sind diese Netzwerke immer noch auf Tausende von Singlemode-Glasfasern angewiesen, die parallel über Kanäle des Raummultiplexverfahrens übertragen werden, mit relativ niedrigen Datenraten von höchstens einigen hundert Gbit/s (800 G) pro Kanal, wobei eine kleine Anzahl möglich ist Anwendungen in der T-Klasse.
Allerdings wird das Konzept der gemeinsamen räumlichen Parallelisierung in absehbarer Zeit an die Grenzen seiner Skalierbarkeit stoßen und durch eine spektrale Parallelisierung der Datenströme in jeder Faser ergänzt werden müssen, um weitere Steigerungen der Datenraten zu ermöglichen. Dies eröffnet möglicherweise einen völlig neuen Anwendungsbereich für die WDM-Technologie, bei dem maximale Skalierbarkeit hinsichtlich der Anzahl der Kanäle und der Datenrate von entscheidender Bedeutung ist.
In diesem Zusammenhangder optische Frequenzkammgenerator (FCG)spielt eine Schlüsselrolle als kompakte, feste Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen, die eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger bereitstellen kann. Darüber hinaus besteht ein besonders wichtiger Vorteil optischer Frequenzkämme darin, dass die Kammlinien von Natur aus äquidistant in der Frequenz sind, wodurch die Anforderung an Schutzbänder zwischen den Kanälen entfällt und die Frequenzsteuerung vermieden wird, die für eine einzelne Linie in einem herkömmlichen Schema erforderlich wäre eine Reihe von DFB-Lasern.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Vorteile nicht nur für WDM-Sender gelten, sondern auch für deren Empfänger, bei denen diskrete Lokaloszillator-Arrays (LO) durch einen einzelnen Kammgenerator ersetzt werden können. Der Einsatz von LO-Kammgeneratoren erleichtert die digitale Signalverarbeitung für WDM-Kanäle weiter, wodurch die Empfängerkomplexität reduziert und die Phasenrauschtoleranz erhöht wird.
Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von LO-Kammsignalen mit Phasenverriegelung für parallelen kohärenten Empfang sogar die Rekonstruktion der Zeitbereichswellenform des gesamten WDM-Signals und kompensiert so Beeinträchtigungen durch optische Nichtlinearitäten in der Übertragungsfaser. Neben diesen konzeptionellen Vorteilen der kammbasierten Signalübertragung sind auch eine geringere Größe und eine kostengünstige Massenproduktion von entscheidender Bedeutung für zukünftige WDM-Transceiver.
Daher sind unter den verschiedenen Kammsignalgeneratorkonzepten Geräte im Chip-Maßstab von besonderem Interesse. In Kombination mit hochskalierbaren photonischen integrierten Schaltkreisen für die Modulation, das Multiplexen, das Routing und den Empfang von Datensignalen könnten solche Geräte der Schlüssel zu kompakten, hocheffizienten WDM-Transceivern sein, die in großen Mengen zu geringen Kosten hergestellt werden können und Übertragungskapazitäten von bis zu zehn erreichen Tbit/s pro Glasfaser.
Die folgende Abbildung zeigt ein Schema eines WDM-Senders, der einen optischen Frequenzkamm FCG als Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen verwendet. Das FCG-Kammsignal wird zunächst in einem Demultiplexer (DEMUX) getrennt und gelangt dann in einen elektrooptischen EOM-Modulator. Dadurch wird das Signal einer fortschrittlichen QAM-Quadratur-Amplitudenmodulation für eine optimale spektrale Effizienz (SE) unterzogen.
Am Senderausgang werden die Kanäle in einem Multiplexer (MUX) wieder zusammengeführt und die WDM-Signale über Singlemode-Glasfaser übertragen. Auf der Empfangsseite nutzt der Wellenlängenmultiplexempfänger (WDM Rx) den LO-Lokaloszillator des 2. FCG für die kohärente Mehrwellenlängenerkennung. Die Kanäle der Eingangs-WDM-Signale werden durch einen Demultiplexer getrennt und dem kohärenten Empfängerarray (Coh. Rx) zugeführt. wobei die Demultiplexfrequenz des lokalen Oszillators LO als Phasenreferenz für jeden kohärenten Empfänger verwendet wird. Die Leistung solcher WDM-Verbindungen hängt offensichtlich in hohem Maße vom zugrunde liegenden Kammsignalgenerator ab, insbesondere von der optischen Linienbreite und der optischen Leistung pro Kammlinie.
Natürlich befindet sich die optische Frequenzkammtechnologie noch im Entwicklungsstadium und ihre Anwendungsszenarien und Marktgröße sind relativ klein. Wenn es gelingt, technische Engpässe zu überwinden, Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit zu verbessern, können maßstabsgetreue Anwendungen in der optischen Übertragung realisiert werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. November 2024