مشط التردد البصري والإرسال البصري؟

نعلم أنه منذ تسعينيات القرن الماضي، تُستخدم تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) في وصلات الألياف الضوئية لمسافات طويلة تمتد لمئات أو حتى آلاف الكيلومترات. وتُعدّ البنية التحتية للألياف الضوئية أغلى أصول معظم الدول والمناطق، بينما تُعتبر تكلفة مكونات أجهزة الإرسال والاستقبال منخفضة نسبيًا.

ومع ذلك، مع النمو الهائل لمعدلات نقل بيانات الشبكة مثل الجيل الخامس، أصبحت تقنية WDM ذات أهمية متزايدة في الروابط قصيرة المدى، وحجم نشر الروابط القصيرة أكبر بكثير، مما يجعل تكلفة وحجم مكونات جهاز الإرسال والاستقبال أكثر حساسية.

في الوقت الحالي، لا تزال هذه الشبكات تعتمد على آلاف الألياف الضوئية أحادية النمط للإرسال المتوازي عبر قنوات تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء، ومعدل نقل البيانات لكل قناة منخفض نسبيًا، حيث لا يتجاوز بضع مئات من الجيجابت/ثانية (800 جيجابت/ثانية) كحد أقصى. وقد تكون تطبيقات مستوى T محدودة.

لكن في المستقبل القريب، سيصل مفهوم التوازي المكاني التقليدي إلى حدوده القصوى، وسيُضطر إلى استكماله بتوازي طيفي لتدفقات البيانات في كل ليف للحفاظ على تحسينات إضافية في معدلات نقل البيانات. قد يفتح هذا آفاقًا جديدة لتطبيقات تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، حيث يُعدّ تحقيق أقصى قدر من قابلية التوسع في عدد القنوات ومعدل نقل البيانات أمرًا بالغ الأهمية.

في هذه الحالة، يُمكن لمولد مشط التردد (FCG)، باعتباره مصدر ضوء متعدد الأطوال الموجية ثابتًا وصغير الحجم، توفير عدد كبير من الموجات الحاملة الضوئية المحددة بدقة، ما يجعله ذا دور بالغ الأهمية. إضافةً إلى ذلك، تتمثل إحدى المزايا الهامة لمشط التردد الضوئي في أن خطوط المشط متساوية البعد تقريبًا في التردد، مما يُخفف من متطلبات نطاقات الحماية بين القنوات ويُغني عن التحكم في التردد المطلوب للخطوط المفردة في المخططات التقليدية التي تستخدم مصفوفات ليزر DFB.

تجدر الإشارة إلى أن هذه المزايا لا تقتصر على جهاز الإرسال في تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، بل تشمل أيضًا جهاز الاستقبال، حيث يمكن استبدال مصفوفة المذبذب المحلي المنفصلة بمولد مشط واحد. يُسهم استخدام مولدات مشط المذبذب المحلي في تسهيل معالجة الإشارات الرقمية في قنوات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، مما يقلل من تعقيد جهاز الاستقبال ويحسن تحمله لضوضاء الطور.

بالإضافة إلى ذلك، يُمكن استخدام إشارات مشط التردد المحلي (LO) ذات وظيفة التزامن الطوري للاستقبال المتماسك المتوازي، مما يُتيح إعادة بناء شكل الموجة في المجال الزمني لإشارة تقسيم الطول الموجي بأكملها، وبالتالي تعويض الضرر الناجم عن اللاخطية البصرية لألياف الإرسال. وإلى جانب المزايا النظرية القائمة على إرسال إشارات مشط التردد، يُعدّ صغر الحجم والإنتاج واسع النطاق بكفاءة اقتصادية من العوامل الرئيسية لأجهزة الإرسال والاستقبال المستقبلية بتقنية تقسيم الطول الموجي.

لذا، من بين مختلف مفاهيم مولدات إشارات الترددات المتعددة، تبرز الأجهزة على مستوى الرقاقة الإلكترونية بشكل خاص. فعند دمجها مع الدوائر الضوئية المتكاملة عالية التوسع لتعديل إشارات البيانات، وتعدد الإرسال، والتوجيه، والاستقبال، قد تصبح هذه الأجهزة مفتاحًا لأجهزة الإرسال والاستقبال المدمجة والفعالة بتقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي، والتي يمكن تصنيعها بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة، بسعة نقل تصل إلى عشرات التيرابايت في الثانية لكل ليف بصري.

عند مخرج طرف الإرسال، يُعاد تجميع كل قناة عبر مُضاعِف إرسال (MUX)، وتُرسَل إشارة مُضاعِف الإرسال بتقسيم الطول الموجي عبر ألياف أحادية النمط. عند طرف الاستقبال، يستخدم مُستقبِل مُضاعِف الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM Rx) المذبذب المحلي (LO) لمولد إشارة الترددات المشطية الثاني (FCG) للكشف عن التداخل متعدد الأطوال الموجية. تُفصل قناة إشارة مُضاعِف الإرسال بتقسيم الطول الموجي الداخلة بواسطة مُزيل مُضاعِف الإرسال، ثم تُرسَل إلى مصفوفة مُستقبِلات متماسكة (Coh. Rx). من بينها، يُستخدم تردد إزالة مُضاعِف الإرسال للمذبذب المحلي (LO) كمرجع طور لكل مُستقبِل متماسك. يعتمد أداء وصلة مُضاعِف الإرسال بتقسيم الطول الموجي هذه بشكل كبير على مُولِّد إشارة الترددات المشطية الأساسي، وخاصةً عرض الضوء والقدرة الضوئية لكل خط من خطوط الترددات المشطية.

بالطبع، لا تزال تقنية مشط الترددات الضوئية في طور التطوير، كما أن تطبيقاتها وحجم سوقها محدودان نسبيًا. إذا تمكنت هذه التقنية من التغلب على المعوقات التقنية، وخفض التكاليف، وتحسين الموثوقية، فقد تصل إلى تطبيقات واسعة النطاق في مجال النقل الضوئي.