Wir wissen, dass die WDM-Wellenlängenmultiplextechnologie seit den 1990er Jahren für Hunderte oder sogar Tausende Kilometer Glasfaserfernverbindungen eingesetzt wird. Für die meisten Länder ist die Glasfaserinfrastruktur das teuerste Gut, während die Kosten für Transceiver-Komponenten relativ niedrig sind.
Mit dem explosionsartigen Anstieg der Datenübertragungsraten in Netzwerken wie 5G gewinnt die WDM-Technologie jedoch auch bei Kurzstreckenverbindungen zunehmend an Bedeutung, die in deutlich größeren Mengen eingesetzt werden und sich daher auf die Kosten der Transceiver-Komponenten auswirken. und Größe sind auch empfindlicher.
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 ist möglich. Es gibt nur wenige Anwendungen.
Doch in absehbarer Zukunft wird das Konzept der gewöhnlichen räumlichen Parallelisierung bald an die Grenzen seiner Skalierbarkeit stoßen und muss durch eine spektrale Parallelisierung des Datenflusses in jeder Faser ergänzt werden, um weitere Steigerungen der Datenraten zu ermöglichen. Dies eröffnet möglicherweise einen völlig neuen Anwendungsbereich für die Wellenlängenmultiplex-Technologie, bei der maximale Skalierbarkeit der Kanalanzahl und Datenrate von entscheidender Bedeutung ist.
In diesem Kontext,der optische Frequenzkammgenerator (FCG)spielt eine Schlüsselrolle als kompakte, feste Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen, die eine große Anzahl wohldefinierter optischer Träger liefern kann. Darüber hinaus besteht ein besonders wichtiger Vorteil optischer Frequenzkämme darin, dass die Kammlinien von Natur aus äquidistant in der Frequenz sind, wodurch die Anforderungen an Schutzbänder zwischen den Kanälen gelockert werden und die Notwendigkeit traditioneller Schemata mit DFB-Laser-Arrays entfällt. Frequenzsteuerung auf einer einzigen Leitung.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Vorteile nicht nur für den WDM-Sender gelten, sondern auch für seinen Empfänger, bei dem eine Reihe diskreter lokaler Oszillatoren (LOs) durch einen einzelnen Kammgenerator ersetzt werden kann. Die digitale Signalverarbeitung von Wellenlängenmultiplexkanälen kann mithilfe eines LO-Kammgenerators weiter erleichtert werden, wodurch die Komplexität des Empfängers verringert und der Phasenrauschabstand verbessert wird.
Darüber hinaus kann die Verwendung von LO-Kammsignalen mit Phasenverriegelungsfunktion für parallelen kohärenten Empfang sogar die Zeitbereichswellenform des gesamten Wellenlängenmultiplexsignals rekonstruieren und so Schäden kompensieren, die durch optische Nichtlinearität der Übertragungsfaser verursacht werden. Zusätzlich zu diesen konzeptionellen Vorteilen, die auf der Kammsignalisierung basieren, sind eine geringere Größe und eine kostengünstige Massenproduktion auch für zukünftige Wellenlängenmultiplex-Transceiver von entscheidender Bedeutung.
Unter den verschiedenen Kammsignalgeneratorkonzepten sind daher 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 zum Schlüssel für kompakte, effiziente Wellenlängenmultiplex-Transceiver werden, die bei niedrigen Temperaturen betrieben werden können und kostengünstig in großen Mengen herzustellen sind und die Übertragungskapazität jeder Glasfaser kann mehrere zehn Tbit/s erreichen.
Die folgende Abbildung zeigt das schematische Diagramm eines Wellenlängenmultiplexsenders, der einen optischen Frequenzkamm FCG als Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen verwendet. Das FCG-Kammsignal wird zunächst im Demultiplexer (DEMUX) getrennt und gelangt dann in den elektrooptischen EOM-Modulator. Um die beste spektrale Effizienz (SE) zu erzielen, wird das Signal einer fortschrittlichen QAM-Quadratur-Amplitudenmodulation unterzogen.
Am Senderausgang wird jeder Kanal in einem Multiplexer (MUX) wieder zusammengeführt und das wellenlängenmultiplexierte Signal wird über eine Singlemode-Glasfaser übertragen. Auf der Empfangsseite nutzt der Wellenlängenmultiplexempfänger (WDM Rx) den LO-Lokaloszillator des zweiten FCG, um eine kohärente Mehrwellenlängenerkennung durchzuführen. Die Kanäle des eingegebenen Wellenlängenmultiplexsignals werden durch einen Demultiplexer getrennt und dann in das kohärente Empfängerarray (Coh. Rx) eingespeist. Unter diesen wird die Demultiplexfrequenz des Lokaloszillators LO als Phasenreferenz jedes kohärenten Empfängers verwendet. Die Leistung einer solchen Wellenlängenmultiplexverbindung hängt offensichtlich stark vom grundlegenden Kammsignalgenerator ab, insbesondere von der Lichtbreite 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, technische Engpässe zu überwinden, Kosten zu senken und die Zuverlässigkeit zu verbessern, können groß angelegte Anwendungen in der optischen Übertragung realisiert werden.
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