מסרקי תדר אופטיים ושידור אופטי?

כידוע, מאז שנות ה-90, טכנולוגיית WDM (WDM) משמשת לקישורי סיבים אופטיים ארוכי טווח של מאות ואף אלפי קילומטרים. עבור רוב אזורי המדינה, תשתית הסיבים היא הנכס היקר ביותר שלה, בעוד שעלות רכיבי המשדר-מקלט נמוכה יחסית.
עם זאת, עם העלייה המדהימה בקצבי הנתונים ברשתות כמו 5G, טכנולוגיית WDM הופכת לחשובה יותר ויותר גם בקישורים לטווח קצר, הנפרסים בנפחים גדולים בהרבה ולכן רגישים יותר לעלות ולגודל של מכלולי משדר-מקלט.

נכון לעכשיו, רשתות אלו עדיין מסתמכות על אלפי סיבים אופטיים חד-מצביים המועברים במקביל דרך ערוצי ריבוב חלוקת חלל, עם קצבי נתונים נמוכים יחסית של לכל היותר כמה מאות ג'יגה-ביט/שנייה (800 גרם) לערוץ, עם מספר קטן של יישומים אפשריים בקטגוריית T.

עם זאת, בעתיד הנראה לעין, מושג ההקבלה המרחבית המשותפת יגיע בקרוב לגבולות יכולת ההרחבה שלו, ויהיה צורך להשלים אותו על ידי הקבלה ספקטרלית של זרמי הנתונים בכל סיב על מנת לשמר עלייה נוספת בקצבי הנתונים. דבר זה עשוי לפתוח מרחב יישומים חדש לגמרי לטכנולוגיית WDM, שבו יכולת ההרחבה המרבית מבחינת מספר הערוצים וקצב הנתונים היא קריטית.

בהקשר זה,מחולל מסרק התדרים האופטי (FCG)ממלא תפקיד מפתח כמקור אור קומפקטי, קבוע, רב-אורכי גל, שיכול לספק מספר רב של נושאי גל אופטיים מוגדרים היטב. בנוסף, יתרון חשוב במיוחד של מסרקי תדר אופטיים הוא שקווי המסרק נמצאים במרחק שווה זה מזה בתדר באופן מהותי, ובכך מקלים על הדרישה לפסי הגנה בין-ערוציים ונמנעים מבקרת התדר שתידרש עבור קו בודד בתכנית קונבנציונלית המשתמשת במערך של לייזרי DFB.

חשוב לציין כי יתרונות אלה חלים לא רק על משדרי WDM אלא גם על המקלטים שלהם, שבהם ניתן להחליף מערכי מתנד מקומי בדיד (LO) בגנרטור בעל מסרק יחיד. השימוש במחוללי מסרק LO מקל עוד יותר על עיבוד אותות דיגיטליים עבור ערוצי WDM, ובכך מפחית את מורכבות המקלט ומגדיל את סבילות רעש הפאזה.

בנוסף, השימוש באותות מסרק LO עם נעילת פאזה לקליטה קוהרנטית מקבילה אף מאפשר לשחזר את צורת הגל בתחום הזמן של אות ה-WDM כולו, ובכך לפצות על ליקויים הנגרמות על ידי אי-לינאריות אופטית בסיב השידור. בנוסף ליתרונות הקונספטואליים הללו של שידור אותות מבוסס מסרק, גודל קטן יותר וייצור המוני חסכוני הם גם המפתח למשדרי WDM עתידיים.
לכן, מבין הקונספטים השונים של מחוללי אותות מסרק, התקני קנה מידה של שבב מעניינים במיוחד. בשילוב עם מעגלים משולבים פוטוניים הניתנים להרחבה גבוהה עבור אפנון אותות נתונים, ריבוב, ניתוב וקליטה, התקנים כאלה עשויים להחזיק את המפתח למקלט-משדרים קומפקטיים ויעילים ביותר של WDM שניתן לייצר בכמויות גדולות בעלות נמוכה, עם קיבולות העברה של עד עשרות Tbit/s לכל סיב.

האיור הבא מתאר סכמטיקה של משדר WDM המשתמש במסרק תדרים אופטי FCG כמקור אור רב-אורכי גל. אות המסרק FCG מופרד תחילה בדה-מולטיפלקסר (DEMUX) ולאחר מכן נכנס למודולטור אלקטרו-אופטי EOM. דרכו, האות עובר אפנון אמפליטודה ריבועי QAM מתקדם לקבלת יעילות ספקטרלית אופטימלית (SE).

ביציאת המשדר, הערוצים משולבים מחדש במרבב (MUX) ואותות ה-WDM משודרים דרך סיב אופטי חד-מצבי. בקצה המקבל, מקלט ריבוב חלוקת אורכי גל (WDM Rx) משתמש במתנד המקומי LO של ה-FCG השני לגילוי קוהרנטי רב-אורכי גל. ערוצי אותות ה-WDM הקלט מופרדים על ידי דה-מולטיפלקסר ומוזרים למערך המקלט הקוהרנטי (Coh. Rx), כאשר תדר הדה-מולטיפלקס של המתנד המקומי LO משמש כנקודת ייחוס פאזה עבור כל מקלט קוהרנטי. ביצועי קישורי WDM כאלה תלויים כמובן במידה רבה במחולל אותות המסרק הבסיסי, בפרט רוחב הקו האופטי ובהספק האופטי לכל קו מסרק.

כמובן, טכנולוגיית מסרק התדרים האופטי עדיין נמצאת בשלבי פיתוח, ותרחישי היישומים וגודל השוק שלה קטנים יחסית. אם היא תצליח להתגבר על צווארי בקבוק טכניים, להפחית עלויות ולשפר את האמינות, אזי ניתן יהיה להשיג יישומים בקנה מידה גדול בתחום השידור האופטי.