หวีความถี่แสงและการส่งสัญญาณแสง?

เรารู้ว่าตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น WDM ถูกนำมาใช้สำหรับการเชื่อมโยงใยแก้วนำแสงระยะไกลที่ทอดยาวหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตร สำหรับประเทศและภูมิภาคส่วนใหญ่ โครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสงเป็นทรัพย์สินที่มีราคาแพงที่สุด ในขณะที่ต้นทุนของส่วนประกอบตัวรับส่งสัญญาณค่อนข้างต่ำ

อย่างไรก็ตาม ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของอัตราการส่งข้อมูลเครือข่าย เช่น 5G เทคโนโลยี WDM จึงมีความสำคัญมากขึ้นในการเชื่อมต่อระยะสั้น และปริมาณการใช้งานของลิงค์สั้นก็มีมากขึ้น ทำให้ต้นทุนและขนาดของส่วนประกอบตัวรับส่งสัญญาณมีความละเอียดอ่อนมากขึ้น

ปัจจุบัน เครือข่ายเหล่านี้ยังคงพึ่งพาใยแก้วนำแสงโหมดเดี่ยวหลายพันเส้นสำหรับการส่งข้อมูลแบบขนานผ่านช่องสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ และอัตราข้อมูลของแต่ละช่องสัญญาณค่อนข้างต่ำ มากที่สุดเพียงไม่กี่ร้อย Gbit/s (800G) T-level อาจมีการใช้งานที่จำกัด

แต่ในอนาคตอันใกล้นี้ แนวคิดเรื่องการวางขนานเชิงพื้นที่แบบธรรมดาจะถึงขีดจำกัดความสามารถในการขยายได้ในไม่ช้า และจะต้องเสริมด้วยการทำให้สตรีมข้อมูลแบบขนานของสเปกตรัมในแต่ละไฟเบอร์เพื่อรักษาการปรับปรุงอัตราข้อมูลต่อไป นี่อาจเปิดพื้นที่การใช้งานใหม่สำหรับเทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่น ซึ่งความสามารถในการปรับขนาดสูงสุดของหมายเลขช่องสัญญาณและอัตราข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญ

ในกรณีนี้ เครื่องกำเนิดสัญญาณความถี่ (FCG) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นคงที่และกะทัดรัด สามารถให้ตัวพาแสงที่มีการกำหนดไว้อย่างดีจำนวนมาก จึงมีบทบาทสำคัญ นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งของหวีความถี่แสงก็คือ เส้นหวีนั้นมีความถี่เท่ากัน ซึ่งสามารถผ่อนคลายข้อกำหนดสำหรับแถบป้องกันระหว่างช่องสัญญาณ และหลีกเลี่ยงการควบคุมความถี่ที่จำเป็นสำหรับเส้นเดี่ยวในรูปแบบดั้งเดิมโดยใช้อาร์เรย์เลเซอร์ DFB

ควรสังเกตว่าข้อดีเหล่านี้ไม่เพียงใช้ได้กับตัวส่งสัญญาณของการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงตัวรับด้วย โดยที่อาร์เรย์ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ (LO) แบบแยกส่วนสามารถถูกแทนที่ด้วยเครื่องกำเนิดแบบหวีตัวเดียว การใช้เครื่องกำเนิดหวี LO สามารถช่วยอำนวยความสะดวกในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลในช่องมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของตัวรับและปรับปรุงความทนทานต่อสัญญาณรบกวนของเฟส

นอกจากนี้ การใช้สัญญาณหวี LO พร้อมฟังก์ชันล็อคเฟสสำหรับการรับสัญญาณที่สอดคล้องกันแบบขนานสามารถสร้างรูปคลื่นของโดเมนเวลาของสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นทั้งหมดได้ ดังนั้นจึงชดเชยความเสียหายที่เกิดจากความไม่เชิงเส้นเชิงแสงของไฟเบอร์ส่งสัญญาณ นอกเหนือจากข้อได้เปรียบทางแนวคิดจากการส่งสัญญาณแบบหวีแล้ว ขนาดที่เล็กลงและการผลิตขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพเชิงเศรษฐกิจยังเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับตัวรับส่งสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นในอนาคต

ดังนั้นในบรรดาแนวคิดเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหวีต่างๆ อุปกรณ์ระดับชิปจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เมื่อรวมกับวงจรรวมโฟโตนิกที่ปรับขนาดได้สูงสำหรับการปรับสัญญาณข้อมูล มัลติเพล็กซ์ การกำหนดเส้นทาง และการรับ อุปกรณ์ดังกล่าวอาจกลายเป็นกุญแจสำคัญสำหรับตัวรับส่งสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถผลิตได้ในปริมาณมากด้วยต้นทุนที่ต่ำ โดยมีความสามารถในการส่งผ่านหลายสิบ Tbit/s ต่อไฟเบอร์

ที่เอาต์พุตของจุดสิ้นสุดการส่ง แต่ละช่องสัญญาณจะถูกรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งผ่านมัลติเพล็กเซอร์ (MUX) และสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นจะถูกส่งผ่านไฟเบอร์โหมดเดี่ยว ที่ส่วนรับสัญญาณ เครื่องรับมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM Rx) จะใช้ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ LO ของ FCG ตัวที่สองสำหรับการตรวจจับสัญญาณรบกวนหลายความยาวคลื่น ช่องสัญญาณของสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นอินพุตจะถูกแยกโดยอุปกรณ์แยกส่งสัญญาณ จากนั้นจึงส่งไปยังอาร์เรย์ตัวรับที่สอดคล้องกัน (Coh. Rx) ในหมู่พวกเขา ความถี่ดีมัลติเพล็กซ์ของออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ LO ถูกใช้เป็นการอ้างอิงเฟสสำหรับเครื่องรับที่เชื่อมโยงกันแต่ละตัว ประสิทธิภาพของลิงค์มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหวีพื้นฐานเป็นส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความกว้างของแสงและกำลังแสงของเส้นหวีแต่ละเส้น

แน่นอนว่าเทคโนโลยีหวีความถี่แสงยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา และสถานการณ์การใช้งานและขนาดตลาดค่อนข้างเล็ก หากสามารถเอาชนะปัญหาคอขวดทางเทคโนโลยี ลดต้นทุน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้ ก็อาจบรรลุการใช้งานในระดับมาตราส่วนในการส่งสัญญาณแบบออปติก