หวีความถี่แสงและการส่งผ่านแสง?

อย่างที่เราทราบกันดีว่า ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เทคโนโลยี WDM ได้ถูกนำมาใช้สำหรับการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงระยะไกลหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตร สำหรับภูมิภาคส่วนใหญ่ของประเทศ โครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสงเป็นสินทรัพย์ที่มีราคาแพงที่สุด ในขณะที่ต้นทุนของส่วนประกอบตัวรับส่งสัญญาณนั้นค่อนข้างต่ำ
อย่างไรก็ตาม ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลของอัตราการส่งข้อมูลในเครือข่ายต่างๆ เช่น 5G เทคโนโลยี WDM จึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการเชื่อมต่อระยะสั้นเช่นกัน ซึ่งมีการใช้งานในปริมาณที่มากกว่ามาก และด้วยเหตุนี้จึงมีความอ่อนไหวต่อต้นทุนและขนาดของชุดตัวรับส่งสัญญาณมากกว่า

ปัจจุบัน เครือข่ายเหล่านี้ยังคงพึ่งพาใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยวหลายพันเส้นที่ส่งสัญญาณแบบขนานผ่านช่องสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ โดยมีอัตราการส่งข้อมูลค่อนข้างต่ำ สูงสุดเพียงไม่กี่ร้อยกิกะบิตต่อวินาที (800G) ต่อช่องสัญญาณ และมีแอปพลิเคชันที่เป็นไปได้ในระดับ T-class เพียงไม่กี่รายการ

อย่างไรก็ตาม ในอนาคตอันใกล้ แนวคิดของการขนานเชิงพื้นที่ทั่วไปจะถึงขีดจำกัดของความสามารถในการขยายขนาดในไม่ช้า และจะต้องเสริมด้วยการขนานเชิงสเปกตรัมของกระแสข้อมูลในแต่ละไฟเบอร์ เพื่อรองรับอัตราการส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้นต่อไป ซึ่งอาจเปิดพื้นที่การใช้งานใหม่ทั้งหมดสำหรับเทคโนโลยี WDM ซึ่งความสามารถในการขยายขนาดสูงสุดในแง่ของจำนวนช่องสัญญาณและอัตราการส่งข้อมูลมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ในบริบทนี้เครื่องกำเนิดหวีความถี่แสง (FCG)มีบทบาทสำคัญในฐานะแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่นขนาดกะทัดรัดและคงที่ ซึ่งสามารถให้ตัวพาแสงที่มีความแม่นยำสูงจำนวนมาก นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างยิ่งของหวีความถี่แสงคือ เส้นหวีมีระยะห่างความถี่เท่ากันโดยธรรมชาติ จึงลดความจำเป็นในการใช้แถบป้องกันระหว่างช่องสัญญาณ และหลีกเลี่ยงการควบคุมความถี่ที่จำเป็นสำหรับเส้นเดี่ยวในระบบแบบดั้งเดิมที่ใช้เลเซอร์ DFB แบบอาร์เรย์

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ ข้อดีเหล่านี้ไม่เพียงแต่ใช้กับเครื่องส่งสัญญาณ WDM เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องรับสัญญาณด้วย โดยสามารถแทนที่อาร์เรย์ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ (LO) แบบแยกส่วนด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณหวีแบบเดี่ยว การใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณหวี LO ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลสำหรับช่องสัญญาณ WDM ซึ่งจะช่วยลดความซับซ้อนของเครื่องรับสัญญาณและเพิ่มความทนทานต่อสัญญาณรบกวนเฟส

นอกจากนี้ การใช้สัญญาณหวี LO ที่มีการล็อกเฟสสำหรับการรับสัญญาณแบบขนานที่สอดคล้องกัน ยังทำให้สามารถสร้างรูปคลื่นในโดเมนเวลาของสัญญาณ WDM ทั้งหมดขึ้นมาใหม่ได้ ซึ่งช่วยชดเชยความบกพร่องที่เกิดจากความไม่เป็นเชิงเส้นทางแสงในเส้นใยแก้วนำแสง นอกเหนือจากข้อดีเชิงแนวคิดของการส่งสัญญาณแบบใช้หวีแล้ว ขนาดที่เล็กลงและการผลิตจำนวนมากที่คุ้มค่าก็เป็นกุญแจสำคัญสำหรับตัวรับส่งสัญญาณ WDM ในอนาคตด้วย
ดังนั้น ในบรรดาแนวคิดต่างๆ เกี่ยวกับเครื่องกำเนิดสัญญาณหวี อุปกรณ์ขนาดชิปจึงมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เมื่อรวมกับวงจรรวมโฟตอนิกส์ที่มีความสามารถในการปรับขนาดสูงสำหรับการปรับสัญญาณข้อมูล การมัลติเพล็กซ์ การกำหนดเส้นทาง และการรับสัญญาณ อุปกรณ์ดังกล่าวอาจเป็นกุญแจสำคัญสู่ตัวรับส่งสัญญาณ WDM ขนาดกะทัดรัด ประสิทธิภาพสูง ที่สามารถผลิตได้ในปริมาณมากด้วยต้นทุนต่ำ และมีความสามารถในการส่งข้อมูลได้มากถึงหลายสิบเทราบิตต่อวินาทีต่อไฟเบอร์

รูปต่อไปนี้แสดงแผนผังของเครื่องส่งสัญญาณ WDM ที่ใช้หวีความถี่แสง (FCG) เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลายความยาวคลื่น สัญญาณหวี FCG จะถูกแยกออกในตัวแยกสัญญาณ (DEMUX) ก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่ตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสง (EOM) ผ่านตัวปรับสัญญาณนี้ สัญญาณจะถูกปรับด้วยการมอดูเลชั่นแอมพลิจูดแบบควอดราเจอร์ (QAM) ขั้นสูง เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัม (SE) ที่ดีที่สุด

ที่ปลายทางออกของตัวส่งสัญญาณ ช่องสัญญาณจะถูกรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งในตัวมัลติเพล็กเซอร์ (MUX) และสัญญาณ WDM จะถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียว ที่ปลายทางรับสัญญาณ ตัวรับสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM Rx) จะใช้ออสซิลเลเตอร์ภายใน (LO) ของ FCG ตัวที่ 2 สำหรับการตรวจจับแบบโคherent หลายความยาวคลื่น ช่องสัญญาณของสัญญาณ WDM ขาเข้าจะถูกแยกโดยดีมัลติเพล็กเซอร์และส่งไปยังอาร์เรย์ตัวรับสัญญาณแบบโคherent (Coherent Rx) โดยที่ความถี่ดีมัลติเพล็กซ์ของออสซิลเลเตอร์ภายใน (LO) จะถูกใช้เป็นค่าอ้างอิงเฟสสำหรับตัวรับสัญญาณแบบโคherent แต่ละตัว ประสิทธิภาพของลิงก์ WDM ดังกล่าวขึ้นอยู่กับตัวสร้างสัญญาณหวีพื้นฐานเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งความกว้างของเส้นแสงและกำลังแสงต่อเส้นหวี

แน่นอนว่า เทคโนโลยีหวีความถี่แสงยังอยู่ในช่วงพัฒนา และสถานการณ์การใช้งานและขนาดตลาดค่อนข้างเล็ก หากสามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิค ลดต้นทุน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้ ก็จะเป็นไปได้ที่จะนำไปประยุกต์ใช้ในระดับใหญ่ในด้านการส่งสัญญาณแสง