מסרקות תדר אופטיות ושידור אופטי?

כידוע, מאז שנות ה-90, נעשה שימוש בטכנולוגיית WDM WDM עבור קישורי סיבים אופטיים ארוכי טווח של מאות ואף אלפי קילומטרים. עבור רוב אזורי הארץ, תשתית הסיבים היא הנכס היקר ביותר שלה, בעוד שעלות רכיבי המשדר נמוכה יחסית.
עם זאת, עם התפוצצות קצבי הנתונים ברשתות כמו 5G, טכנולוגיית WDM הופכת חשובה יותר ויותר גם בקישורים קצרי טווח, שנפרסים בהיקפים גדולים בהרבה ולכן רגישים יותר לעלות ולגודל של מכלולי משדר.

נכון לעכשיו, רשתות אלו עדיין מסתמכות על אלפי סיבים אופטיים במצב יחיד המשודרים במקביל דרך ערוצי ריבוי חלוקת חלל, עם קצבי נתונים נמוכים יחסית של לכל היותר כמה מאות Gbit/s (800G) לכל ערוץ, עם מספר קטן של אפשרות. יישומים במחלקה T.

עם זאת, בעתיד הנראה לעין, הרעיון של הקבלה מרחבית משותפת יגיע בקרוב לגבולות המדרגיות שלו, ויהיה עליו להשלים על ידי הקבלה ספקטרלית של זרמי הנתונים בכל סיב על מנת לקיים עליות נוספות בקצבי הנתונים. זה עשוי לפתוח מרחב יישומים חדש לגמרי עבור טכנולוגיית WDM, שבה מדרגיות מקסימלית מבחינת מספר הערוצים וקצב הנתונים היא קריטית.

בהקשר זה,מחולל מסרק התדר האופטי (FCG)ממלא תפקיד מפתח כמקור אור קומפקטי, קבוע ורב אורכי גל שיכול לספק מספר רב של נשאים אופטיים מוגדרים היטב. בנוסף, יתרון חשוב במיוחד של מסרקות תדר אופטיות הוא שקווי המסרקים נמצאים במרחק שווה בתדירות, ובכך משחררים את הדרישה לרצועות שמירה בין-ערוציות ונמנעים מבקרה התדרים שתידרש לקו בודד בתכנית קונבנציונלית באמצעות מערך של לייזרים DFB.

חשוב לציין שיתרונות אלו חלים לא רק על משדרי WDM אלא גם על המקלטים שלהם, שבהם ניתן להחליף מערכי מתנד מקומי (LO) בדידים על ידי מחולל מסרק יחיד. השימוש במחוללי מסרק LO מקל עוד יותר על עיבוד אותות דיגיטלי עבור ערוצי WDM, ובכך מפחית את מורכבות המקלט ומגדיל את סבילות רעשי הפאזה.

בנוסף, השימוש באותות מסרק LO עם נעילת פאזה לקליטה קוהרנטית מקבילה אף מאפשר לשחזר את צורת הגל של תחום הזמן של אות ה-WDM כולו, ובכך לפצות על ליקויים הנגרמים על ידי אי-לינאריות אופטיות בסיב השידור. בנוסף ליתרונות הקונספטואליים הללו של שידור אותות מבוסס מסרק, גודל קטן יותר וייצור המוני חסכוני הם גם מפתח עבור משדרי WDM עתידיים.
לכן, בין המושגים השונים של מחולל אותות מסרק, התקנים בקנה מידה שבבים מעניינים במיוחד. בשילוב עם מעגלים משולבים פוטוניים ניתנים להרחבה עבור אפנון אותות נתונים, ריבוי, ניתוב וקליטה, מכשירים כאלה עשויים להחזיק את המפתח למקלטי משדר WDM קומפקטיים ויעילים ביותר שניתן לייצר בכמויות גדולות בעלות נמוכה, עם קיבולות שידור של עד עשרות של Tbit/s לסיב.

האיור הבא מתאר סכימה של משדר WDM המשתמש במסרק תדר אופטי FCG כמקור אור רב-גל. אות המסרק של FCG מופרד תחילה ב-demultiplexer (DEMUX) ולאחר מכן נכנס למאפנן אלקטרו-אופטי EOM. באמצעות האות נתון אפנון משרעת נצב QAM מתקדם ליעילות ספקטרלית אופטימלית (SE).

ביציאה מהמשדר, הערוצים משולבים מחדש במרבב (MUX) ואותות ה-WDM מועברים על גבי סיב מצב יחיד. בקצה המקבל, מקלט מרובי חלוקת אורך הגל (WDM Rx), משתמש במתנד המקומי LO של ה-2nd FCG לזיהוי קוהרנטי מרובי-גל. הערוצים של אותות ה-WDM המבואים מופרדים על ידי דה-מולטיפלקס ומוזנים למערך המקלטים הקוהרנטי (Coh. Rx). כאשר תדר ה-demultiplexing של המתנד המקומי LO משמש כהתייחסות פאזה עבור כל מקלט קוהרנטי. הביצועים של קישורי WDM כאלה תלויים כמובן במידה רבה במחולל אותות המסרק הבסיסי, בפרט ברוחב הקו האופטי וההספק האופטי לכל קו מסרק.

כמובן, טכנולוגיית מסרק התדר האופטי עדיין בשלב התפתחותי, ותרחישי היישום שלה וגודל השוק שלה קטנים יחסית. אם היא תוכל להתגבר על צווארי בקבוק טכניים, להפחית עלויות ולשפר את האמינות, אז ניתן יהיה להשיג יישומים ברמת קנה מידה בשידור אופטי.