หวีความถี่แสงและการส่งผ่านแสง?

ดังที่เราทราบ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เทคโนโลยี WDM WDM ถูกนำมาใช้สำหรับการเชื่อมโยงไฟเบอร์ออปติกระยะไกลในระยะทางหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตร สำหรับภูมิภาคส่วนใหญ่ของประเทศ โครงสร้างพื้นฐานแบบไฟเบอร์ถือเป็นทรัพย์สินที่มีราคาแพงที่สุด ในขณะที่ต้นทุนของส่วนประกอบตัวรับส่งสัญญาณค่อนข้างต่ำ
อย่างไรก็ตาม ด้วยอัตราข้อมูลที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในเครือข่าย เช่น 5G เทคโนโลยี WDM จึงมีความสำคัญมากขึ้นในการเชื่อมโยงระยะสั้นเช่นกัน ซึ่งมีการใช้งานในปริมาณที่มากขึ้น ดังนั้นจึงมีความอ่อนไหวต่อต้นทุนและขนาดของชุดตัวรับส่งสัญญาณมากขึ้น

ปัจจุบัน เครือข่ายเหล่านี้ยังคงพึ่งพาใยแก้วนำแสงโหมดเดี่ยวหลายพันเส้นที่ส่งแบบขนานผ่านช่องสัญญาณของมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ โดยมีอัตราข้อมูลค่อนข้างต่ำที่มากที่สุดสองสามร้อย Gbit/s (800G) ต่อช่องสัญญาณ โดยมีจำนวนที่เป็นไปได้น้อย การใช้งานใน T-class

อย่างไรก็ตาม ในอนาคตอันใกล้นี้ แนวคิดเรื่องการวางขนานเชิงพื้นที่ทั่วไปจะถึงขีดจำกัดของความสามารถในการขยายในไม่ช้า และจะต้องได้รับการเสริมด้วยการวางแนวสเปกตรัมของสตรีมข้อมูลในแต่ละเส้นใยเพื่อรักษาอัตราข้อมูลที่เพิ่มขึ้นต่อไป สิ่งนี้อาจเปิดพื้นที่แอปพลิเคชันใหม่ทั้งหมดสำหรับเทคโนโลยี WDM ซึ่งความสามารถในการขยายขนาดสูงสุดในแง่ของจำนวนช่องสัญญาณและอัตราข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญ

ในบริบทนี้เครื่องกำเนิดหวีความถี่แสง (FCG)มีบทบาทสำคัญในฐานะแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นคงที่และกะทัดรัด ซึ่งสามารถให้พาหะนำแสงที่มีการกำหนดชัดเจนจำนวนมากได้ นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งของหวีความถี่แสงก็คือ เส้นหวีมีความถี่เท่ากันโดยเนื้อแท้ ดังนั้นจึงผ่อนคลายข้อกำหนดสำหรับแถบป้องกันระหว่างช่องสัญญาณ และหลีกเลี่ยงการควบคุมความถี่ที่จำเป็นสำหรับบรรทัดเดียวในรูปแบบทั่วไปโดยใช้ อาร์เรย์ของเลเซอร์ DFB

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าข้อดีเหล่านี้ไม่เพียงแต่ใช้กับเครื่องส่ง WDM เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องรับด้วย โดยที่อาร์เรย์ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ (LO) แบบแยกสามารถถูกแทนที่ด้วยเครื่องกำเนิดแบบหวีเดียว การใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหวี LO ช่วยอำนวยความสะดวกในการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลสำหรับช่อง WDM ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของตัวรับและเพิ่มความทนทานต่อสัญญาณรบกวนของเฟส

นอกจากนี้ การใช้สัญญาณหวี LO พร้อมการล็อคเฟสสำหรับการรับสัญญาณที่สอดคล้องกันแบบขนานยังทำให้สามารถสร้างรูปคลื่นของโดเมนเวลาของสัญญาณ WDM ทั้งหมดขึ้นใหม่ได้ ซึ่งจะช่วยชดเชยความบกพร่องที่เกิดจากความไม่เชิงเส้นของแสงในไฟเบอร์การส่งผ่าน นอกเหนือจากข้อได้เปรียบทางแนวคิดเหล่านี้ของการส่งสัญญาณแบบหวีแล้ว ขนาดที่เล็กลงและการผลิตจำนวนมากที่คุ้มค่ายังเป็นกุญแจสำคัญสำหรับตัวรับส่งสัญญาณ WDM ในอนาคต
ดังนั้นในบรรดาแนวคิดเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหวีต่างๆ อุปกรณ์ขนาดชิปจึงเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ เมื่อรวมกับวงจรรวมโฟโตนิกที่ปรับขนาดได้สูงสำหรับการปรับสัญญาณข้อมูล มัลติเพล็กซ์ การกำหนดเส้นทาง และการรับ อุปกรณ์ดังกล่าวอาจถือเป็นกุญแจสำคัญของตัวรับส่งสัญญาณ WDM ขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถประดิษฐ์ได้ในปริมาณมากด้วยต้นทุนที่ต่ำ พร้อมความสามารถในการส่งข้อมูลสูงถึงสิบ Tbit/s ต่อไฟเบอร์

รูปภาพต่อไปนี้แสดงให้เห็นแผนผังของเครื่องส่งสัญญาณ WDM โดยใช้หวีความถี่แสง FCG เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่น สัญญาณหวี FCG จะถูกแยกออกจากกันในอุปกรณ์แยกส่งสัญญาณแบบดีมัลติเพล็กซ์เซอร์ (DEMUX) ก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่ EOM อิเล็กโทรออปติคัลโมดูเลเตอร์ โดยสัญญาณจะอยู่ภายใต้การปรับแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส QAM ขั้นสูงเพื่อประสิทธิภาพสเปกตรัมที่เหมาะสมที่สุด (SE)

ที่ทางออกของเครื่องส่งสัญญาณ ช่องต่างๆ จะถูกรวมเข้าด้วยกันใหม่ในมัลติเพล็กเซอร์ (MUX) และสัญญาณ WDM จะถูกส่งผ่านไฟเบอร์โหมดเดี่ยว ที่ส่วนรับสัญญาณ ตัวรับมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM Rx) จะใช้ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ LO ของ FCG ตัวที่ 2 สำหรับการตรวจจับที่สอดคล้องกันแบบหลายความยาวคลื่น ช่องของสัญญาณ WDM อินพุตจะถูกแยกโดยอุปกรณ์แยกส่งสัญญาณและป้อนไปยังอาร์เรย์ตัวรับที่สอดคล้องกัน (Coh. Rx) โดยที่ความถี่ดีมัลติเพล็กซ์ของออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ LO ถูกใช้เป็นการอ้างอิงเฟสสำหรับเครื่องรับที่เชื่อมโยงกันแต่ละตัว ประสิทธิภาพของการเชื่อมต่อ WDM ดังกล่าวนั้นขึ้นอยู่กับขอบเขตขนาดใหญ่ของเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหวีพื้นฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความกว้างของเส้นแสงและกำลังแสงต่อเส้นหวี

แน่นอนว่าเทคโนโลยีหวีความถี่แสงยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา และสถานการณ์การใช้งานและขนาดตลาดค่อนข้างเล็ก หากสามารถเอาชนะปัญหาคอขวดทางเทคนิค ลดต้นทุน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้ ก็จะสามารถบรรลุการใช้งานในระดับมาตราส่วนในการส่งสัญญาณแบบออปติกได้