مشط التردد البصري والانتقال البصري؟

نحن نعلم أنه منذ التسعينيات، تم استخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي WDM لوصلات الألياف الضوئية طويلة المدى التي تمتد لمئات أو حتى آلاف الكيلومترات. بالنسبة لمعظم البلدان والمناطق، تعد البنية التحتية للألياف الضوئية أغلى أصولها، في حين أن تكلفة مكونات جهاز الإرسال والاستقبال منخفضة نسبيًا.

ومع ذلك، مع النمو الهائل في معدلات نقل بيانات الشبكة مثل 5G، أصبحت تقنية WDM ذات أهمية متزايدة في الروابط قصيرة المسافة، وأصبح حجم نشر الروابط القصيرة أكبر بكثير، مما يجعل تكلفة وحجم مكونات جهاز الإرسال والاستقبال أكثر حساسية.

في الوقت الحاضر، لا تزال هذه الشبكات تعتمد على الآلاف من الألياف الضوئية أحادية الوضع للإرسال المتوازي عبر قنوات تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء، ومعدل البيانات لكل قناة منخفض نسبيًا، على الأكثر بضع مئات من جيجابت / ثانية (800 جيجا). قد يكون للمستوى T تطبيقات محدودة.

ولكن في المستقبل المنظور، سيصل مفهوم التوازي المكاني العادي قريبًا إلى الحد الأقصى لقابلية التوسع، ويجب استكماله بموازاة الطيف لتدفقات البيانات في كل ليف للحفاظ على مزيد من التحسينات في معدلات البيانات. قد يفتح هذا مساحة تطبيق جديدة تمامًا لتقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، حيث يكون الحد الأقصى لقابلية التوسع في رقم القناة ومعدل البيانات أمرًا بالغ الأهمية.

في هذه الحالة، يمكن لمولد مشط التردد (FCG)، باعتباره مصدر ضوء مدمج وثابت متعدد الأطوال الموجية، توفير عدد كبير من الموجات الحاملة الضوئية المحددة جيدًا، وبالتالي يلعب دورًا حاسمًا. بالإضافة إلى ذلك، من المزايا المهمة بشكل خاص لمشط التردد البصري أن خطوط المشط متساوية البعد بشكل أساسي في التردد، مما يمكن أن يخفف متطلبات نطاقات الحماية بين القنوات ويتجنب التحكم في التردد المطلوب للخطوط المفردة في المخططات التقليدية باستخدام مصفوفات ليزر DFB.

تجدر الإشارة إلى أن هذه المزايا لا تنطبق فقط على جهاز إرسال تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، ولكن أيضًا على جهاز الاستقبال الخاص به، حيث يمكن استبدال صفيف المذبذب المحلي المنفصل (LO) بمولد مشط واحد. يمكن أن يؤدي استخدام مولدات مشط LO إلى تسهيل معالجة الإشارات الرقمية في قنوات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، وبالتالي تقليل تعقيد جهاز الاستقبال وتحسين تحمل ضوضاء الطور.

بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام إشارات مشط LO مع وظيفة قفل الطور للاستقبال المتماسك المتوازي يمكن أن يعيد بناء شكل موجة المجال الزمني لإشارة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي بالكامل، وبالتالي التعويض عن الضرر الناجم عن اللاخطية البصرية لألياف الإرسال. بالإضافة إلى المزايا المفاهيمية المستندة إلى إرسال إشارة المشط، يعد الحجم الأصغر والإنتاج واسع النطاق الفعال اقتصاديًا أيضًا من العوامل الرئيسية لأجهزة الإرسال والاستقبال المتعددة بتقسيم الطول الموجي في المستقبل.

لذلك، من بين مفاهيم مولد إشارة المشط المختلفة، تعتبر أجهزة مستوى الشريحة جديرة بالملاحظة بشكل خاص. عند دمجها مع دوائر فوتونية متكاملة قابلة للتطوير بدرجة عالية لتعديل إشارة البيانات وتعدد الإرسال والتوجيه والاستقبال، قد تصبح هذه الأجهزة أساسية لأجهزة الإرسال والاستقبال المدمجة والفعالة بتقسيم الطول الموجي والتي يمكن تصنيعها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة، مع قدرة نقل تصل إلى عشرات من Tbit/s لكل ألياف.

عند إخراج الطرف المرسل، يتم إعادة دمج كل قناة من خلال معدد إرسال (MUX)، ويتم إرسال إشارة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي عبر ألياف أحادية الوضع. في الطرف المتلقي، يستخدم مستقبل تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM Rx) المذبذب المحلي LO الخاص بـ FCG الثاني لاكتشاف التداخل متعدد الأطوال الموجية. يتم فصل قناة إشارة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي عن طريق مزيل تعدد الإرسال ثم يتم إرسالها إلى صفيف مستقبل متماسك (Coh. Rx). من بينها، يتم استخدام تردد إزالة تعدد الإرسال للمذبذب المحلي LO كمرجع طور لكل جهاز استقبال متماسك. من الواضح أن أداء وصلة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي يعتمد إلى حد كبير على مولد إشارة المشط الأساسي، وخاصة عرض الضوء والطاقة الضوئية لكل خط مشط.

وبطبيعة الحال، لا تزال تكنولوجيا مشط التردد البصري في مرحلة التطوير، وسيناريوهات تطبيقها وحجم السوق صغير نسبيا. إذا تمكنت من التغلب على الاختناقات التكنولوجية، وخفض التكاليف، وتحسين الموثوقية، فقد تتمكن من تحقيق تطبيقات على مستوى النطاق في النقل البصري.