מסרקי תדרים אופטיים והעברה אופטית?

כידוע, מאז שנות התשעים, טכנולוגיית WDM WDM משמשת לקישורים סיבים אופטיים ארוכי טווח של מאות או אפילו אלפי קילומטרים. עבור מרבית האזורים במדינה, תשתית הסיבים היא הנכס היקר ביותר שלה, ואילו עלות רכיבי המשדר נמוכה יחסית.
עם זאת, עם הפיצוץ של שיעורי הנתונים ברשתות כמו 5G, טכנולוגיית WDM הופכת חשובה יותר ויותר גם בקישורים קצרים לטווח הקצרה, אשר נפרסים בנפחים גדולים בהרבה ולכן הם רגישים יותר לעלות וגודל של מכלולי משדר.

נכון לעכשיו, רשתות אלה עדיין מסתמכות על אלפי סיבים אופטיים יחידים המועברים במקביל דרך תעלות של ריבוי חלוקת החלל, עם שיעורי נתונים נמוכים יחסית של רוב מאות Gbit/s (800 גרם) לערוץ, עם מספר קטן של יישומים אפשריים בקלאס.

עם זאת, בעתיד הנראה לעין, הרעיון של ההקבלה המרחבית הנפוצה יגיע בקרוב לגבולות מדרגיותו, ויצטרך להשלים על ידי ההקבלה הספקטרלית של זרמי הנתונים בכל סיב על מנת לקיים עלייה נוספת בשיעורי הנתונים. זה עשוי לפתוח מרחב יישומים חדש לגמרי עבור טכנולוגיית WDM, בה מדרגיות מרבית מבחינת מספר הערוצים וקצב הנתונים הוא קריטי.

בהקשר זה,מחולל מסרק התדרים האופטיים (FCG)ממלא תפקיד מפתח כמקור אור קומפקטי, קבוע באורך גל, שיכול לספק מספר גדול של ספקים אופטיים מוגדרים היטב. בנוסף, יתרון חשוב במיוחד של מסרקי תדרים אופטיים הוא שקווי המסרק שווים באופן מהותי בתדירות, ובכך מרגיעים את הדרישה לפסי שמירה בין ערוצים ונמנעים מבקרת התדרים שתידרש לשורה אחת בתכנית קונבנציונאלית באמצעות מערך של לייזרי DFB.

חשוב לציין כי היתרונות הללו חלים לא רק על משדרי WDM אלא גם על מקלטיהם, שם ניתן להחליף מערכי מתנד מקומי נפרד (LO) על ידי מחולל מסרק יחיד. השימוש בגנרטורים של LO מסרק מקלה עוד יותר על עיבוד אותות דיגיטליים לערוצי WDM, ובכך מפחית את מורכבות המקלטים ומגדיל את סובלנות הרעש שלב.

בנוסף, השימוש בסימני מסרק LO עם נעילת פאזה לקבלת קבלת קוהרנטית מקבילה אפילו מאפשר לשחזר את צורת גל תחום הזמן של כל אות WDM, ובכך מפצה על ליקויים הנגרמים כתוצאה מאי-ליניאריות אופטית בסיבי ההולכה. בנוסף ליתרונות הרעיוניים הללו של העברת אותות מבוססי מסרק, גודל קטן יותר וייצור המוני חסכוני הם גם המפתח עבור משדרים WDM עתידיים.
לכן, בין מושגי מחולל האותות השונים, מכשירי בקנה מידה שבבים מעניינים במיוחד. בשילוב עם מעגלים משולבים פוטוניים הניתנים להרחבה מאוד למודולציה של אות נתונים, ריבוי, ניתוב וקבלה, מכשירים כאלה עשויים להחזיק את המפתח למשרידי WDM קומפקטיים ויעילים ביותר שניתן לייצר בכמויות גדולות בעלות נמוכה, עם יכולות העברה של עד עשרות TBit/S לסיבים.

האיור הבא מתאר סכמטי של משדר WDM באמצעות מסרק תדר אופטי FCG כמקור אור רב-גל. האות מסרק FCG מופרד לראשונה במודולטור אלקטרו-אופטי של DemultiPlexer ואז נכנס למודולטור אלקטרו-אופטי EOM. דרך האות נתון למודולציה של משרעת ריבוע QAM מתקדמת ליעילות ספקטרלית אופטימלית (SE).

במצוק המשדר, הערוצים משוחזרים מחדש במולפלקס (MUX) ואותות WDM מועברים על פני סיבי מצב יחיד. בסוף הקבלה, מקלט המולטיפלקס של חטיבת אורך הגל (WDM RX), משתמש במתנד המקומי של LO של ה- FCG השני לגילוי קוהרנטי רב -גווני. הערוצים של אותות WDM הקלט מופרדים על ידי demultiplexer ומוזנים למערך המקלט הקוהרנטי (Coh. Rx). כאשר תדירות הדמולטפלקס של המתנד המקומי משמשת כהפניה פאזית לכל מקלט קוהרנטי. הביצועים של קישורי WDM כאלה תלויים כמובן במידה רבה בגנרטור האותות הבסיסי, ובמיוחד ברוחב הקו האופטי והספק האופטי לכל קו מסרק.

כמובן, טכנולוגיית מסרק התדרים האופטיים עדיין נמצאת בשלב ההתפתחותי, ותרחישי היישומים שלה וגודל השוק הם קטנים יחסית. אם זה יכול להתגבר על צווארי בקבוק טכניים, להפחית את העלויות ולשפר את האמינות, ניתן יהיה להשיג יישומים ברמת הסולם בהעברה אופטית.