نعلم أنه منذ تسعينيات القرن الماضي، استُخدمت تقنية تقسيم الطول الموجي المتعدد (WDM) لوصلات الألياف الضوئية طويلة المدى التي تمتد لمئات أو حتى آلاف الكيلومترات. تُعدّ البنية التحتية للألياف الضوئية أغلى أصول معظم الدول والمناطق، في حين أن تكلفة مكونات أجهزة الإرسال والاستقبال منخفضة نسبيًا.
ومع ذلك، مع النمو الهائل لمعدلات نقل البيانات عبر الشبكة مثل 5G، أصبحت تقنية WDM ذات أهمية متزايدة في الروابط القصيرة المدى، وأصبح حجم نشر الروابط القصيرة أكبر بكثير، مما يجعل تكلفة وحجم مكونات جهاز الإرسال والاستقبال أكثر حساسية.
حاليًا، لا تزال هذه الشبكات تعتمد على آلاف الألياف الضوئية أحادية الوضع للنقل المتوازي عبر قنوات الإرسال المتعدد بتقسيم المساحة، ومعدل نقل البيانات لكل قناة منخفض نسبيًا، لا يتجاوز بضع مئات جيجابت/ثانية (800 جيجابت). وقد تكون تطبيقات مستوى T محدودة.
لكن في المستقبل المنظور، سيصل مفهوم التوازي المكاني العادي قريبًا إلى حده الأقصى من قابلية التوسع، ويجب استكماله بتوازي طيف تدفقات البيانات في كل ليف ضوئي للحفاظ على مزيد من التحسينات في معدلات البيانات. قد يفتح هذا الباب أمام تطبيقات جديدة كليًا لتقنية الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي، حيث يُعدّ تحقيق أقصى قابلية للتوسع لعدد القنوات ومعدل البيانات أمرًا بالغ الأهمية.
في هذه الحالة، يُمكن لمولد مشط التردد (FCG)، كمصدر ضوء مدمج وثابت متعدد الأطوال الموجية، توفير عدد كبير من الموجات الحاملة البصرية المحددة بدقة، مما يُؤدي دورًا حاسمًا. إضافةً إلى ذلك، من أهم مزايا مشط التردد البصري تساوي مسافات خطوط المشط في التردد، مما يُخفف من متطلبات نطاقات الحماية بين القنوات، ويُجنّب التحكم في التردد المطلوب للخطوط المفردة في الأنظمة التقليدية التي تستخدم مصفوفات ليزر DFB.
تجدر الإشارة إلى أن هذه المزايا لا تنطبق فقط على مُرسِل الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي، بل أيضًا على مُستقبِله، حيث يُمكن استبدال مصفوفة المُذبذب المحلي المُنفصل (LO) بمولد أمشاط واحد. يُسهّل استخدام مُولدات أمشاط LO معالجة الإشارات الرقمية في قنوات الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي، مما يُقلل من تعقيد المُستقبِل ويُحسّن تحمّل ضوضاء الطور.
بالإضافة إلى ذلك، يُمكن لاستخدام إشارات مشط LO مع وظيفة قفل الطور للاستقبال المترابط المتوازي إعادة بناء شكل موجة المجال الزمني لإشارة الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي بالكامل، مما يُعوّض الضرر الناتج عن عدم الخطية البصرية لألياف الإرسال. بالإضافة إلى المزايا النظرية القائمة على نقل إشارة المشط، يُعدّ الحجم الأصغر والإنتاج واسع النطاق ذو الكفاءة الاقتصادية عاملين رئيسيين في أجهزة الإرسال والاستقبال المستقبلية بتقسيم الطول الموجي.
لذلك، من بين مختلف مفاهيم مولدات إشارات المشط، تُعد أجهزة مستوى الشريحة جديرة بالملاحظة بشكل خاص. عند دمجها مع الدوائر المتكاملة الفوتونية عالية التوسع لتعديل إشارات البيانات، وإرسالها المتعدد، وتوجيهها، واستقبالها، قد تُصبح هذه الأجهزة أساسيةً في أجهزة إرسال واستقبال مدمجة وفعالة لإرسالها المتعدد بتقسيم الطول الموجي، والتي يُمكن تصنيعها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة، بسعة إرسال تصل إلى عشرات التيرابت/ثانية لكل ليف.
عند مخرج الطرف المُرسِل، يُعاد دمج كل قناة عبر مُضاعِف (MUX)، وتُرسَل إشارة مُضاعِف تقسيم الطول الموجي عبر ألياف أحادية الوضع. عند الطرف المُستقبِل، يستخدم مُستقبِل مُضاعِف تقسيم الطول الموجي (WDM Rx) المُذبذب المحلي LO التابع لوحدة FCG الثانية للكشف عن التداخل متعدد الأطوال الموجية. يُفصل مُزيل مُضاعِف قناة إشارة مُضاعِف تقسيم الطول الموجي الداخلة، ثم تُرسَل إلى مصفوفة مُستقبِلات مُتماسكة (Coh. Rx). من بينها، يُستخدم تردد مُزيل المُضاعِف المحلي LO كمرجع طور لكل مُستقبِل مُتماسك. من الواضح أن أداء وصلة مُضاعِف تقسيم الطول الموجي هذه يعتمد بشكل كبير على مُولِّد إشارة المشط الأساسي، وخاصةً على عرض الضوء والقدرة الضوئية لكل خط مشط.
بالطبع، لا تزال تقنية مشط التردد الضوئي في مرحلة التطوير، وتطبيقاتها وحجم سوقها صغيران نسبيًا. إذا تمكنت من التغلب على العوائق التكنولوجية، وخفض التكاليف، وتحسين الموثوقية، فقد تُحقق تطبيقات واسعة النطاق في مجال النقل الضوئي.
وقت النشر: ١٩ ديسمبر ٢٠٢٤