كما نعلم، منذ تسعينيات القرن الماضي، استُخدمت تقنية WDM لوصلات الألياف الضوئية طويلة المدى التي تمتد لمئات أو حتى آلاف الكيلومترات. في معظم مناطق البلاد، تُعدّ البنية التحتية للألياف الضوئية أغلى أصولها، بينما تُعدّ تكلفة مكونات أجهزة الإرسال والاستقبال منخفضة نسبيًا.
ومع ذلك، مع الانفجار في معدلات البيانات في شبكات مثل 5G، أصبحت تقنية WDM مهمة بشكل متزايد في الروابط القصيرة المدى أيضًا، والتي يتم نشرها بأحجام أكبر بكثير وبالتالي فهي أكثر حساسية لتكلفة وحجم مجموعات أجهزة الإرسال والاستقبال.
في الوقت الحالي، لا تزال هذه الشبكات تعتمد على آلاف الألياف الضوئية أحادية الوضع التي يتم نقلها بالتوازي من خلال قنوات تقسيم الفضاء المتعدد، مع معدلات بيانات منخفضة نسبيًا تصل إلى بضع مئات من جيجابت في الثانية (800 جيجابت) لكل قناة، مع عدد صغير من التطبيقات المحتملة في فئة T.
مع ذلك، في المستقبل المنظور، سيصل مفهوم التوازي المكاني المشترك قريبًا إلى حدود قابليته للتوسع، وسيتعين استكماله بالتوازي الطيفي لتدفقات البيانات في كل ليف ضوئي للحفاظ على زيادات إضافية في معدلات البيانات. قد يفتح هذا الباب أمام تطبيقات جديدة كليًا لتقنية WDM، حيث يُعدّ تحقيق أقصى قابلية للتوسع من حيث عدد القنوات ومعدل البيانات أمرًا بالغ الأهمية.
وفي هذا السياق،مولد مشط التردد البصري (FCG)يلعب دورًا رئيسيًا كمصدر ضوء مدمج وثابت ومتعدد الأطوال الموجية، قادر على توفير عدد كبير من الناقلات الضوئية المحددة بدقة. إضافةً إلى ذلك، من أهم مزايا أمشاط التردد الضوئي أن خطوطها متساوية في التردد، مما يُخفف الحاجة إلى نطاقات الحماية بين القنوات، ويُجنّب التحكم في التردد المطلوب لخط واحد في نظام تقليدي يستخدم مصفوفة من ليزرات DFB.
من المهم ملاحظة أن هذه المزايا لا تنطبق فقط على أجهزة إرسال WDM، بل على أجهزة استقبالها أيضًا، حيث يمكن استبدال مصفوفات المذبذبات المحلية المنفصلة (LO) بمولد أمشاط واحد. يُسهّل استخدام مولدات أمشاط LO معالجة الإشارات الرقمية لقنوات WDM، مما يُقلل من تعقيد المستقبل ويزيد من تحمّل ضوضاء الطور.
بالإضافة إلى ذلك، يُتيح استخدام إشارات مشط LO مع قفل الطور للاستقبال المتوازي المتماسك إعادة بناء شكل موجة المجال الزمني لإشارة WDM بأكملها، مما يُعوّض عن الاختلالات الناتجة عن عدم الخطية البصرية في ألياف الإرسال. بالإضافة إلى هذه المزايا المفاهيمية لنقل الإشارات باستخدام المشط، يُعدّ الحجم الأصغر والإنتاج الضخم الموفر للتكلفة أساسيين لأجهزة الإرسال والاستقبال WDM المستقبلية.
لذلك، من بين مختلف مفاهيم مولدات إشارات المشط، تُعد الأجهزة بحجم الرقاقة ذات أهمية خاصة. عند دمجها مع الدوائر المتكاملة الفوتونية عالية التوسع لتعديل إشارات البيانات، وإرسالها المتعدد، وتوجيهها، واستقبالها، قد تُمثل هذه الأجهزة مفتاحًا لأجهزة إرسال واستقبال WDM مدمجة وعالية الكفاءة، يمكن تصنيعها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة، مع قدرات إرسال تصل إلى عشرات التيرابت/ثانية لكل ليف.
يوضح الشكل التالي مخططًا لجهاز إرسال WDM يستخدم مشط تردد بصري FCG كمصدر ضوء متعدد الأطوال الموجية. تُفصل إشارة مشط FCG أولًا في جهاز فك التعدد (DEMUX)، ثم تُدخل إلى مُعدّل كهروضوئي EOM. بعد ذلك، تُخضع الإشارة لتعديل سعة التربيع QAM المتقدم لتحقيق كفاءة طيفية مثالية.
عند مخرج المرسل، تُعاد دمج القنوات في مُضاعِف (MUX)، وتُرسَل إشارات WDM عبر ليف أحادي الوضع. في الطرف المُستقبِل، يستخدم مُستقبِل مُضاعِف تقسيم الطول الموجي (WDM Rx) المُذبذب المحلي LO التابع لـ FCG الثاني للكشف المُتماسك متعدد الأطوال الموجية. تُفصل قنوات إشارات WDM الداخلة بواسطة مُفكِّك مُضاعِف، وتُغذَّى إلى مصفوفة المُستقبِل المُتماسك (Coh. Rx). حيث يُستخدم تردد فكِّ مُضاعِف المُذبذب المحلي LO كمرجع طور لكل مُستقبِل مُتماسك. من الواضح أن أداء روابط WDM هذه يعتمد إلى حد كبير على مُولِّد إشارة المشط الأساسي، وخاصةً عرض الخط الضوئي والقدرة الضوئية لكل خط مشط.
بالطبع، لا تزال تقنية مشط التردد الضوئي في مرحلة التطوير، ومجالات تطبيقها وحجم سوقها صغيران نسبيًا. إذا تمكنت من التغلب على العوائق التقنية، وخفض التكاليف، وتحسين الموثوقية، فسيكون من الممكن تحقيق تطبيقات واسعة النطاق في مجال النقل الضوئي.
وقت النشر: ٢١ نوفمبر ٢٠٢٤