หวีความถี่แสงและการส่งผ่านแสง?

เราทราบดีว่าตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา เทคโนโลยีการแบ่งสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์ WDM ถูกนำมาใช้กับลิงก์ใยแก้วนำแสงระยะไกลที่มีระยะทางหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตร สำหรับประเทศและภูมิภาคส่วนใหญ่ โครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสงถือเป็นสินทรัพย์ที่มีราคาแพงที่สุด ในขณะที่ต้นทุนของส่วนประกอบเครื่องรับส่งสัญญาณนั้นค่อนข้างต่ำ

อย่างไรก็ตาม ด้วยอัตราการส่งข้อมูลเครือข่ายที่เติบโตอย่างรวดเร็ว เช่น 5G เทคโนโลยี WDM จึงมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นในลิงก์ระยะสั้น และปริมาณการใช้งานลิงก์ระยะสั้นก็เพิ่มมากขึ้น ทำให้ต้นทุนและขนาดของส่วนประกอบของทรานซีฟเวอร์มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น

ในปัจจุบัน เครือข่ายเหล่านี้ยังคงต้องพึ่งพาใยแก้วนำแสงโหมดเดียวจำนวนหลายพันเส้นสำหรับการส่งข้อมูลแบบขนานผ่านช่องสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งช่องสัญญาณ และอัตราข้อมูลของแต่ละช่องสัญญาณค่อนข้างต่ำ โดยอยู่ที่สูงสุดเพียงไม่กี่ร้อย Gbit/s (800G) เท่านั้น การใช้งานระดับ T อาจมีข้อจำกัด

ในอนาคตอันใกล้ แนวคิดของการประมวลผลแบบขนานในเชิงพื้นที่ทั่วไปจะถึงขีดจำกัดด้านความสามารถในการปรับขนาดในไม่ช้า และจะต้องเสริมด้วยการประมวลผลแบบขนานสเปกตรัมของสตรีมข้อมูลในแต่ละไฟเบอร์เพื่อรักษาการปรับปรุงอัตราข้อมูลต่อไป ซึ่งอาจเปิดพื้นที่การใช้งานใหม่ทั้งหมดสำหรับเทคโนโลยีการแบ่งสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์ตามความยาวคลื่น ซึ่งความสามารถในการปรับขนาดสูงสุดของหมายเลขช่องสัญญาณและอัตราข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญ

ในกรณีนี้ เครื่องกำเนิดหวีความถี่ (FCG) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงแบบหลายความยาวคลื่นที่กะทัดรัดและคงที่ สามารถให้พาหะแสงที่มีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนได้จำนวนมาก จึงมีบทบาทสำคัญ นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งของหวีความถี่แสงก็คือ เส้นหวีมีระยะห่างของความถี่ที่เท่ากันโดยพื้นฐาน ซึ่งสามารถผ่อนปรนข้อกำหนดสำหรับแบนด์การ์ดระหว่างช่องสัญญาณและหลีกเลี่ยงการควบคุมความถี่ที่จำเป็นสำหรับเส้นเดี่ยวในรูปแบบดั้งเดิมที่ใช้อาร์เรย์เลเซอร์ DFB

ควรสังเกตว่าข้อดีเหล่านี้ไม่เพียงแต่ใช้ได้กับเครื่องส่งของการแบ่งสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์เท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับเครื่องรับด้วย โดยที่อาร์เรย์ออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นแบบแยกส่วน (LO) สามารถถูกแทนที่ด้วยเครื่องกำเนิดหวีตัวเดียว การใช้เครื่องกำเนิดหวี LO ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลในช่องสัญญาณการแบ่งสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์ได้อีกด้วย จึงช่วยลดความซับซ้อนของตัวรับและปรับปรุงความทนทานต่อสัญญาณรบกวนเฟส

นอกจากนี้ การใช้สัญญาณหวี LO ที่มีฟังก์ชันล็อกเฟสสำหรับการรับสัญญาณแบบขนานที่สอดคล้องกันสามารถสร้างรูปคลื่นโดเมนเวลาของสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นทั้งหมดได้ จึงสามารถชดเชยความเสียหายที่เกิดจากความไม่เชิงเส้นของแสงของเส้นใยส่งสัญญาณได้ นอกเหนือจากข้อได้เปรียบเชิงแนวคิดที่อิงจากการส่งสัญญาณหวีแล้ว ขนาดที่เล็กลงและการผลิตขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจยังเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับเครื่องรับส่งสัญญาณแบบแบ่งความยาวคลื่นแบบมัลติเพล็กซ์ในอนาคตอีกด้วย

ดังนั้น ในบรรดาแนวคิดเครื่องกำเนิดสัญญาณหวีต่างๆ อุปกรณ์ระดับชิปจึงมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เมื่อใช้ร่วมกับวงจรรวมโฟตอนิกส์ที่ปรับขนาดได้สูงสำหรับการมอดูเลตสัญญาณข้อมูล การมัลติเพล็กซ์ การกำหนดเส้นทาง และการรับสัญญาณ อุปกรณ์ดังกล่าวอาจกลายเป็นกุญแจสำคัญสำหรับเครื่องรับส่งสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นที่กะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถผลิตได้ในปริมาณมากในต้นทุนต่ำ โดยมีความสามารถในการส่งข้อมูลได้หลายสิบเทระบิตต่อวินาทีต่อไฟเบอร์

ที่เอาต์พุตของปลายทางผู้ส่ง แต่ละช่องสัญญาณจะถูกนำมารวมกันใหม่ผ่านมัลติเพล็กเซอร์ (MUX) และสัญญาณมัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่นจะถูกส่งผ่านไฟเบอร์โหมดเดียว ที่ปลายทางผู้รับ ตัวรับมัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM Rx) จะใช้ตัวกำเนิดสัญญาณแบบ LO ในพื้นที่ของ FCG ตัวที่สองเพื่อตรวจจับการรบกวนแบบหลายความยาวคลื่น ช่องสัญญาณของสัญญาณมัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่นอินพุตจะถูกแยกด้วยตัวแยกสัญญาณ จากนั้นจึงส่งไปยังอาร์เรย์ตัวรับแบบสอดคล้องกัน (Coh. Rx) ในจำนวนนี้ ความถี่การแยกสัญญาณของตัวกำเนิดสัญญาณแบบ LO ในพื้นที่จะถูกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงเฟสสำหรับตัวรับแบบสอดคล้องกันแต่ละตัว ประสิทธิภาพของลิงก์มัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่นนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหวีพื้นฐานเป็นส่วนใหญ่ โดยเฉพาะความกว้างของแสงและกำลังแสงของสายหวีแต่ละเส้น

แน่นอนว่าเทคโนโลยีหวีความถี่ออปติกยังคงอยู่ในระยะพัฒนา และสถานการณ์การใช้งานและขนาดตลาดของเทคโนโลยีนี้ค่อนข้างเล็ก หากสามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านเทคโนโลยี ลดต้นทุน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้ เทคโนโลยีนี้ก็สามารถนำไปใช้งานในระดับมาตราส่วนในการส่งสัญญาณออปติกได้